Павлюк Я.О., Павлюк Д.В.

(НТУУ «КПІ», м. Київ)

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 r_Г - 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/z_ef)

де z – змінна координата по глибині речовини, μ – показник поглинання речовини [см^-1],  z_ef = 1/μ.

Для зручності моделювання провели апроксимацію температурного розподілу прямокутниками.

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.

Література

1. Вейко В. П. Лазерная обработка пленочных элементов / В. П. Вейко. - Л.: Гр. ЛИТМО, - 1980. - С.14.

2. Johnson R. A. Analytic nearest-neighbor model for fcc metals / R. A. Johnson // Phys. Rev B. – 1988. – V. 37 (8). – P. 3924 3931.