Скачать презентацию Дальневосточный федеральный университет Школа Естественных наук ФЕРРОМАГНЕТИЗМ И Скачать презентацию Дальневосточный федеральный университет Школа Естественных наук ФЕРРОМАГНЕТИЗМ И

dvo_ran_kapitan_8.pptx

  • Количество слайдов: 21

Дальневосточный федеральный университет Школа Естественных наук ФЕРРОМАГНЕТИЗМ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ КОЛЛЕКТИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МОНОСЛОЙНЫХ ПЛЕНКАХ Дальневосточный федеральный университет Школа Естественных наук ФЕРРОМАГНЕТИЗМ И НЕРАВНОВЕСНЫЕ КОЛЛЕКТИВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В МОНОСЛОЙНЫХ ПЛЕНКАХ КОБАЛЬТА Капитан В. Ю. аспирант кафедры теоритической и экспериментальной физики [email protected] ru Нефедев К. В. доцент кафедры компьютерных систем, к. ф. -м. н. , доцент [email protected] dvgu. ru Владивосток 2011 НИР в рамках ГК № 07. 514. 11. 4013 от 19 августа 2011

1, 2, 3 И 4 -Я ПАРАДИГМЫ НАУКИ В ДЕЙСТВИИ Исполнитель проекта, ответственный за 1, 2, 3 И 4 -Я ПАРАДИГМЫ НАУКИ В ДЕЙСТВИИ Исполнитель проекта, ответственный за проведение экспериментов – Иванов Ю. П. , к. ф. -м. н. , доцент кафедры компьютерных систем [email protected] dvgu. ru Руководитель проекта –Нефедев К. В. , ответственный исполнитель – Капитан В. Ю. , исполнитель НИР – Сахаров А. М. – студент ШЕН ДВФУ 2

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ (англ. Float Operation Per Second - FLOPs) – единица измерения ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ (англ. Float Operation Per Second - FLOPs) – единица измерения производительности компьютера, 1018 операций в секунду. – операция преобразования параллельного алгоритма для исполнения на суперкомпьютерах экзафлопсной производительности. (англ. ultradisperse) – ультрадисперсными называются материалы, содержащие частицы с размерами в субмикронном диапазоне, в частности, нанодиапазоне; – монослой; – молекулярно-лучевая эпитаксия – сканирующий туннельный микроскоп – это слой, толщина которого составляет порядка размера атома или молекулы, без вакансий - это слой который является менее плотным, чем атомный монослой (то есть не плотно упакованным), присутствуют вакансии Монте-Карло метод (МК-метод) – - ось легкого намагничивания - ось трудного намагничивания 3

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования являются кластерные нанопленки кобальта, сформированные в системе Omicron Ultra High ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Объектом исследования являются кластерные нанопленки кобальта, сформированные в системе Omicron Ultra High Vacuum (UHV). Пленки осаждались при давлении в СТМ камере порядка 3· 10 -10 Torr. Для приготовления использовались стандартно очищенные подложки Si (111) 7 x 7. Кобальт осаждался на буферный слой меди, предварительно сформированный на кремнии Основное внимание в данной работе уделяется конструированию математической модели и высокопроизводительных параллельных алгоритмов разрабатываемых для создания прикладного ПО, предназначенного для исполнения на суперкомпьютерах экзафлопсного уровня, с целью обработки данных, получаемых в эксперименте, а также расчета магнитных и структурных свойств нанокластерных квазидвумерных магнетиков 4

 • • • ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И АКТУАЛЬНОСТЬ Получение материалов с заданными магнитными характеристиками • • • ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И АКТУАЛЬНОСТЬ Получение материалов с заданными магнитными характеристиками Возможность управлять магнитными свойствами Потребность в средах хранения информации в наномасштабе на новых принципах Развитие прецизионных методов магнитостатических измерений Разработка методов теоретического исследования магнитостатических свойств Развитие технологии тонкопленочных структур на сегодняшний день позволило создать приборы, которые получили широкое распространение на рынке массового потребления: транзисторы, диоды, газовые датчики, солнечные элементы и др. Актуальны новые исследовательские направления, призванные упростить технологию создания тонких пленок и удешевить используемые материалы. 5

ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Магнитные свойства квазидвумерных наноструктур, требующие изучения: Влияние дальнодействующего магнитостатического взаимодействия на магнитные ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Магнитные свойства квазидвумерных наноструктур, требующие изучения: Влияние дальнодействующего магнитостатического взаимодействия на магнитные состояния нанокластеров Причина магнитного гистерезиса в отсутствии О. Л. Н. и О. Т. Н. Связь структуры с магнитными свойствами (распределение кластеров по размерам, по форме, распределение критических полей, влияние на вид кривой магнитного гистерезиса, коэрцитивность) 6

МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ Метод получения тонких пленок - молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Методы и методики МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ Метод получения тонких пленок - молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Методы и методики получения данных сканирующей туннельной микроскопии. Монте-Карло метод моделирования. Методы параллельной алгоритмизации. Известные подходы к масштабированию и сверхмасштабированию вычислительного алгоритма 7

ЭКСПЕРИМЕНТ Рисунок 1 - NANOМОКЕ-II [1] Ivanov Yu. P. , Ilin A. I. , ЭКСПЕРИМЕНТ Рисунок 1 - NANOМОКЕ-II [1] Ivanov Yu. P. , Ilin A. I. , Davydenko A. V. , Zotov A. V. Optimal Cu buffer layer thickness for growing epitaxial Co overlayers on Si(111)7 x 7. Journ. Appl. Phys. 2011; in press. Толщина кобальта задавалась в монослоях, где один монослой определялся атомарным отношением к буферному слою меди Cu(111). Структура образцов была Co(x)/Cu(11. 5 ML)/Si(111) 7 x 7, где x – 0. 5, 1. 0, 1. 5, 2. 0, 2. 5 и 3 ML. Медное покрытие было толщиной в 1 ML. Магнитные структуры исследовались магнитооптическим методом Керра [1]. [email protected] dvgu. ru 8

STM-ИЗОБРАЖЕНИЯ Рисунок 2 - STM изображения эпитаксиальной Co(111) пленки Co покрытие (a) 0. 5 STM-ИЗОБРАЖЕНИЯ Рисунок 2 - STM изображения эпитаксиальной Co(111) пленки Co покрытие (a) 0. 5 ML; (b) 1. 0 ML; (c) 1. 5 ML; (d) 2. 0 ML; (e) 2. 5 ML; (f) 3. 0 ML. Масштаб 100 x 100 nm [1] 9

ОБРАБОТКА СТМ ИЗОБРАЖЕНИЙ. МОДЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА а) б) в) Рисунок 3 - а)STM изображение Co ОБРАБОТКА СТМ ИЗОБРАЖЕНИЙ. МОДЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА а) б) в) Рисунок 3 - а)STM изображение Co (1. 5 ML). Общий размер площади образца на этом изображении 100 x 100 nm; б)На выделенной области указаны четыре атомарных слоя кобальта, пронумерованные (1 -4) в соответствии с высотой над буферным слоем меди (0); в) 3 D модель Co (1. 5 ML). Числа (1 -4) соответствуют высоте Co-слоев, (0) - Cu - буферный слой. Использовались интервалы яркости пикселей (0 -80, 81 -120, 121 -150, 151 -200, 201 -255) в модели RGB, которые соответствовали различным слоям. 10

МОДЕЛЬ ИЗИНГА Каждой вершине кристаллической решётки сопоставляется число, называемое спином и равное ± 1. МОДЕЛЬ ИЗИНГА Каждой вершине кристаллической решётки сопоставляется число, называемое спином и равное ± 1. Каждому из 2 N возможных вариантов расположения спинов, приписывается энергия, получающаяся из попарного взаимодействия спинов соседних атомов: (1) где J — энергия взаимодействия: (2) В данной модели J=1 [Дж] и постоянная Больцмана k=1[Дж/K], внешнее поле h [Э], z-число ближайших соседей, Тс [K]-температура Кюри, 11

АЛГОРИТМ МЕТРОПОЛИСА 12 АЛГОРИТМ МЕТРОПОЛИСА 12

МОДЕЛЬ Рисунок 4 - Простая кубическая решетка, построенная вокруг центрального атома (темный), включает 6 МОДЕЛЬ Рисунок 4 - Простая кубическая решетка, построенная вокруг центрального атома (темный), включает 6 его ближайших соседей Рисунок 5 - Элементарная ячейка ГЦК решётки, построенная вокруг центрального атома (темный), включает 12 его ближайших соседей 13

 МОДЕЛЬ 14 МОДЕЛЬ 14

МОДЕЛЬ Таблица 1 - Вычисленные свойства. Число Tc p, at% pc ближайших соседей 1. МОДЕЛЬ Таблица 1 - Вычисленные свойства. Число Tc p, at% pc ближайших соседей 1. 5 ML 3. 615 3. 00 0. 38 0. 55 2. 0 ML 6. 984 6. 15 0. 50 0. 29 2. 5 ML 8. 177 7. 80 0. 63 0. 24 3. 0 ML 9. 308 8. 70 0. 76 0. 21 15

РЕЗУЛЬТАТЫ МК моделирование спинов Изинга для каждой из наноструктур с заданным числом монослоев (1. РЕЗУЛЬТАТЫ МК моделирование спинов Изинга для каждой из наноструктур с заданным числом монослоев (1. 5 ML, 2. 0 ML, 2. 5 ML, 3. 0 ML) показывает существование фазового перехода при конченой температуре для всех образцов. Рисунок - 6 Температурная зависимость намагниченности. Сплошная линия - решение Онзагера для плоской решетки 16

РЕЗУЛЬТАТЫ а) б) Рисунок 7 - Экспериментальные магнитные петли гистерезиса: сплошная: 1. 2 ML, РЕЗУЛЬТАТЫ а) б) Рисунок 7 - Экспериментальные магнитные петли гистерезиса: сплошная: 1. 2 ML, точки: 2 ML, пунктир 2. 5 ML, точка-тире: 3 ML [1] Рисунок 8 - Модельные магнитные петли гистерезиса: красная: 1. 5 ML, зеленая: 2 ML, синяя: 2. 5 ML, розовая: 3 ML [3] Yu. P. Ivanov, K. V. Nefedev, A. I. Ilin, V. Yu. Kapitan Ferromagnetism and nonequilibrium cooperative phenomena in epitaxial clustered Co films on Si(111)7 x 7, J. Physics Procedia 2011; in press 17

РЕЗУЛЬТАТЫ Рисунок 9 - STM -изображение для образца 2. 5 ML Рисунок 10 - РЕЗУЛЬТАТЫ Рисунок 9 - STM -изображение для образца 2. 5 ML Рисунок 10 - Cмоделированы петли магнитного гистерезиса при разных температурах для образца 2. 5 ML [3]. 18

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ МОДЕЛИ Дальнейшее продвижение предложенной модели может быть достигнуто за счет достижения численного ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ МОДЕЛИ Дальнейшее продвижение предложенной модели может быть достигнуто за счет достижения численного согласия с экспериментальными данными, такими как температура Кюри и коэрцитивная сила. Для уточнения модели необходимо учитывать анизотропию формы кластеров, которая оказывает существенное влияние на спектр времен релаксации системы взаимодействующих посредством дальнодействующего магнитостатического взаимодействия кластеров. Планируется провести работу по распараллеливанию используемых алгоритмов и достижение сверхмасштабирования задачи на число ядер, заданное экзофлопсным уровнем производительности.

Заключение Результаты моделирования Со-наноструктур и теоретические оценки имеют качественное согласие с экспериментом в области Заключение Результаты моделирования Со-наноструктур и теоретические оценки имеют качественное согласие с экспериментом в области определения концентраций фазовых переходов в ферромагнитное состояние. Планируется провести работу по распараллеливанию используемых алгоритмов и достижение сверхмасштабирования задачи на число ядер, заданное экзофлопсным уровнем производительности. Отклонение от известного закона (1/8) температурного спада намагниченности связано с распределением кластеров по размерам. 20

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ 21 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ 21