МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСУ ЛОКАЛЬНОГО РОЗПЛАВЛЕННЯ МЕТАЛУ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВИ ОТРИМАННЯ АМОРФНОГО СТАНУ НА ПОВЕРХНІ

Анотація

Використання металів в аморфному стані досить розповсюджене, оскільки таким матеріалам притаманний ряд унікальних властивостей, обумовлених їх структурою. Перспектива отримання локальних приповерхневих аморфних областей досліджувалась моделюванням процесу обробки тонкої металевої плівки поодиноким імпульсом лазеру в режимі модульованої добротності.
Як зазначено у [1], зменшення області опромінювання (r0) до величини ( де rГ - деяке граничне значення, що залежить від тривалості імпульсу) призводить до сильного бічного тепловідводу в плівку. Тому в моделі для зменшення діаметру лазерного пучка застосована умовна апертурна діафрагма. На бічних гранях розрахункової комірки зразка Au діяли періодичні умови Борна-Кармана, нижні шари плівки нерухомо закріплені. Такі параметри передбачали високошвидкісне охолодження плівки на підкладці в радіальному  напрямі, достатнє для запобігання кристалізації розплавленої області по закінченню дії імпульсу.
Моделювання здійснювали в програмі XMD з використанням методу зануреного атома [2]. Щоб параметри моделювання відповідали натурному експерименту обрана температура поверхні опромінюваної області Tпов = 0,9Tпл для Au. Розрахунок розподілів об’ємної густини потужності та температури по глибині в області впливу електромагнітної хвилі проводився, виходячи з закону Бугера – Ламберта - Бера:
ψ(z) = exp(-μz)=exp(-z/zef)
де z – змінна координата по глибині речовини, μ – показник поглинання речовини [см-1], zef = 1/μ.
Для зручності моделювання провели апроксимацію температурного розподілу прямокутниками.
Рис 1. Функція радіального розподілу атомів для Au в приповерхневій зоні зміщеної від центру області випромінювання на 10Å (а); в приповерхневій зоні по центру області випромінювання (б)
а)
б)

З отриманих в результаті програмного розрахунку координат атомів, побудовані функції радіального розподілу атомів (ФРРА) для різних областей зразка (рис.1, 2).

Як видно з рис. 1, розподіл кількості атомів по координаційним сферам в вихідному стані (170 К) відповідає кристалічній структурі ГЦК решітки. Після впливу опромінювання тривалістю ¼ імпульсу спостерігається порушення періодичності. Виходячи з неповної кількості атомів в першій координаційній сфері деяких областей (рис.1.б), можна допустити утворення таких дефектів, як вакансії.
Загалом, ФРРА демонструє відсутність далекого порядку при збереженні ближнього. Така структура подібна до структури розплаву, а отже і до аморфної структури. Тобто, забезпечивши необхідні для швидкого охолодження умови, є перспектива отримати матеріал з локальними аморфними ділянками на поверхні.