КВАНТОВОЕ МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ ПРИ СТРУКТУРНОМ ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ В АМОРФНОМ УГЛЕРОДЕ
(Стр. 13-18)

Подробнее об авторах
Попов Александр Михайлович доктор физико-математических наук, профессор; факультет вычислительной математики и кибернетики
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Шумкин Георгий Николаевич докторант, канд. физ.-мат. наук, факультет вычислительной математики и кибернетики
Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова Никишин Николай Глебович аспирант, факультет Вычислительной математики и кибернетики
Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова, Москва
Чтобы читать текст статьи, пожалуйста, зарегистрируйтесь или войдите в систему
Аннотация:
Целью работы является моделирование, направленное на объяснение процессов, происходящих при создании памяти, основанной на фазовых переходах. В работе проводится квантовое моделирование «из первых принципов» процесса диффузии атомов в аморфном углероде при структурном фазовом переходе. Показано, что термические эффекты приводят к образованию графитовой послойной структуры в молекулярной системе. В окрестности термически обусловленного фазового перехода процесс диффузии является анизотропным и обусловлен взаимодействием ионов друг с другом с образованием электронных ковалентных связей. Временной процесс увеличения среднеквадратичного отклонения отличается от Эйнштейновской зависимости из-за взаимодействия атомов и образования связей. Такая структура соответствует повышению электрической проводимости по сравнению с аморфной структурой. Плотность носителей заряда увеличивается в окрестности графитовых поверхностей. Полученные характеристики диффузии позволяют объяснить механизм фазового перехода в экспериментах, в которых была показана возможность создания памяти на фазовых переходах на основе аморфного углерода [1]. Вычисления проводились на суперкомпьютере IBM Blue Gene/P, установленном на факультете ВМК МГУ.
Образец цитирования:
Попов А.М., Шумкин Г.Н., Никишин Н.Г., (2014), КВАНТОВОЕ МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДИФФУЗИИ ПРИ СТРУКТУРНОМ ФАЗОВОМ ПЕРЕХОДЕ В АМОРФНОМ УГЛЕРОДЕ. Computational nanotechnology, 2: 13-18.
Список литературы:
Sebastian A., Pauza A., Rossel C., et al. Resistance switching at the nanometre scale in amorphous carbon // New Journal of Physycs. 2011. Vol. 13. P. 013020.
Rueckers T., Kim K., Joselevich E., et al. Carbon nanotube based nonvolatile random access memory for molecular computing // Science. Vol. 289(5476). P. 94-97.
Meijer G. Who wins the nonvolatile memory race? // Science. 2008. Vol. 319(5870). P. 1625-1626.
Wuttig M., Yamada N. Phase-change materials for rewritable data storage // Nat. Mater. 2007. Vol. 6(12). P. 1004.
Standley B., Bao W., Zhang H., et al. Graphene-based atomic-scale switches // Nano Lett. 2008. Vol. 8(10). P. 3345-3349.
Robertson J. Diamond-like amorphous carbon // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2002. Vol. 37(4-6). P. 129-281.
Silva R. Properties of amorphous carbon. The Institution of Engineering and Technology, 2003.
Takai K., Oga M., Sato H., et. al. Structure and electronic properties of a nongraphitic disorded carbon system and its heat-treatment effects // Phys. Rev. B. 2003. Vol. 67(21). P. 214202-214212.
Ronning C., Griesmeier U., Gross M., et al. Conduction processes in boron- and nitrogen-doped diamond-like carbon films prepared by mass-separated ion beam deposition // Diamond and Related Materials. 1995. Vol. 4(5-6). P. 666-672.
Jornada F. H., Gava V., Martinotto A. L., et al. Modeling of amorphous carbon structures with arbitrary structural constraints // Journal of Physics: Condensed Matter. 2010. Vol. 22(39). P. 395402.
He Y., Zhang J., Guan X., et. al. Molecular Dynamics Study of the Switching Mechanism of Carbon-Based Resistive Memory // IEEE Transactions on Electron Devices. 2010. Vol. 57(12). P. 3434-3441.
Shumkin G.N., Zipoli F., Popov A.M., Curioni A. Multiscale quantum simulation of resistance switching in amorphous carbon // Procedia Computer Science. 2012. Vol. 9. P. 641-650.
Шумкин Г.Н., Попов А.М. Моделирование из первых принципов фазового перехода в аморфном углероде // Математическое моделирование. 2012. Т. 24, N 10. С. 65-79.
Попов А.М., Никишин Н.Г., Шумкин Г.Н., Многомасштабное квантовое моделирование процесса структурного фазового перехода и теплового пробоя в наноточке аморфного углерода // Computational nanotechnology. 2014. N 1. С. 17-25.
Marx D., Hutter J. Ab initio molecular dynamics: Theory and implementation // Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry. John von Neumann Institute for Computing, Forschungszentrum Jülich, 2000. P. 329-477.
Andreoni W., Curioni A. New Advances in Chemistry and Materials Science with CPMD and Parallel Computing // Parallel Computing. 2000. Vol. 26(7-8). P. 819-842.
Kohn W. Density Functional and Density Matrix Method Scaling Linearly with the Number of Atoms // Phys.Rev.Lett.1996. Vol. 76(17). P. 3168-3171
Ключевые слова:
многомасштабные квантово-механические коды молекулярной динамики, фазовый переход в аморфном углероде, память на фазовых переходах, нанотехнологии, суперкомпьютер IBM Blue Gene/P.