Кремниевые нанотрубки: моделирование структурной устойчивости и диффузионнъiх процессов

Abstract

В настоящее время все больший интерес привлекает создание и исследования наноструктур на основе кремния. Это обусловлено тем, что современные методы масштабирования в производстве интегральных схем вышли на уровень десятков нанометров, и существенную роль начинают играть процессы переноса заряда в ог­раниченных (по размерам) активных областях полупроводниковых приборов. Благо­даря развитию технологии роста наноструктур в последние годы были синтезирова­ны квазиодномерные кремниевые наноnровода (SiNW) и кремниевые нанотрубки (SiNТ), которые могут быть использованы при создании нового поколения электронных приборов и наносенсоров. При синтезе наноструктур и управлении их свойствами важно понимание их структурной устойчивости и процессов переноса (диффузии) атомов (молекул) в наноструктурах. Исследование особенностей диффу­зии в нанотрубках также представляет интерес для описания процессов переноса мо­лекул в биологических мембранах. Несмотря на возросший интерес к процессам переноса в нанотрубках, к настоящему времени выполнено лишь незначительное число работ по моделированию диффузионных процессов. Было показано, что процессы диффузии существенно зависят от размеров нанотрубки. В работах рассмотрена диффузия в многостенных углеродных нанотрубках, однако использовалась упро­щенная модель взаимодействия атомов с углеродным каркасом (использовался метод молекулярной динамики в рамках эмпирических потенциалов). Выполнен анализ диффузии в нанотрубках с использованием метода равновесной молекулярной дина­мики. Было показано, что процесс диффузии в нанотрубках может протекать суще­ственно быстрее, чем в цеолитах. В настоящей работе представлены результаты квантово-химического моделиро­вания структурной устойчивости и диффузионных процессов в одностенных крем­ниевых нанотрубках.