موضوع: مدلسازی تحول نابجایی ها در سیلیکون دو کریستاله با در نظر گرفتن اثرات تغییرات دما با استفاده از روش دینامیک مولکولی و میدان فاز
ارائه دهنده: آرمین ثابت قدم اصفهانی
استادان راهنما: جناب آقای دکتر مهدی جوانبخت؛ جناب آقای دکتر محمد سیلانی
استادان داور: جناب آقای دکتر سعید ضیائی راد؛ جناب آقای دکتر مهدی سلمانی؛ جناب آقای دکتر ابوذرطاهری زاده؛ جناب آقای دکتر کوروش حسن‌پور
چکیده
نابجایی ها، به عنوان یکی از مهمترین عیوب ساختاری، نقش عمدهای در تعیین خواص و رفتار بسیاری از مواد ایفا می نمایند به طوری که عامل ایجاد تغییر شکل پلاستیک در مواد بوده و به دلیل ایجاد کرنش غیرالاستیک محلی، بر نحوه آزادسازی تنش در ساختار ماده مؤثر می باشند. در این پژوهش، مطالعه چگونگی پیدایش و رشد نابجایی های لب های در سیلیکون دو کریستاله در ابعاد نانو با استفاده از روش دینامیک مولکولی و میدان فاز مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به کمک محاسبات دینامیک مولکولی به شبیه‌سازی رفتار سیلیکون دو کریستاله تحت تنش برشی و در دماهای مختلف، در 3 ساختار مرزدان های عمده آن شامل ساختارهای 
، 
و 
پرداخته شد. سپس به بررسی کمی و کیفی چگونگی شکل گیری نابجایی‌ها، تنش شروع نابجایی ها، رشد و انتقال نابجایی ها از یک کریستال به کریستال مجاور، تعداد نابجایی‌ها، سرعت نابجایی‌ها، میزان پله ایجاد شده در مرز دانه در اثر شکل گیری اولین نابجایی، مقدار انرژی حالت پایداری سه ساختار مختلف دوکریستاله سیلیکون، مقدار انرژی تلف شده در اثر ایجاد نابجایی ها، پدیده بی‌شکل شدن و نهایتاً مساحت ناحیه بی شکل پرداخته شد و تغییرات هر یک از موارد فوق در دماهای کاری و تنش‌های برشی اعمالی مختلف مورد مقایسه قرار گرفت. اضافه می گردد که بارگذاری ها شامل اعمال تنش برشی ضمن تغییر دمای کاری می باشند که در اثر اعمال تنش برشی و افزایش دما ایجاد شده است. شبیه‌سازی های انجام شده در دینامیک مولکولی در نرمافزارهای آووگادرو، وی‌ام‌دی انجام و در اویتو نمایش داده شده است که ضمن ایجاد قابلیت های لازم جهت بررسی خواص ریزساختار ماده، دید بسیار خوبی از بعد گرافیکی نسبت به تغییرات ایجاد شده در ریز ساختار ماده ارائه می دهند و قابلیت اندازه گیری کمیت های مورد نظر را ایجاد می نمایند. پس از ثبت کمی و توصیف کیفی نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی های دینامیک مولکولی، این نتایج برای استخراج ورودی های تحلیل میدان فاز مورد استفاده قرار گرفتند. هدف از تحلیل این داده ها در میدان فاز تعریف پارامترهای مختلف برای انرژی هلمهولتز سیستم و حل معادله گینزبرگ-لاندا بود که با استفاده از همین تحلیل، چگونگی پیدایش و رشد نابجایی ها تعیین می گردید. جهت تعریف پارامترهای مورد نیاز در رابطه انرژی آزاد هلمهولتز و معادله گینزبرگ-لاندا از نتایج به دست آمده از محاسبات دینامیک مولکولی استفاده گردید. به عبارت دیگر در بخش میدان فاز، کوپل مکانیک-میدان فاز با روش المان محدود و در نرمافزار کامسول مورد بررسی قرار گرفت. مقایس های بین نتایج مدل میدان فاز و نتایج ناشی از محاسبات دینامیک مولکولی صورت پذیرفت. تعداد نابجایی‌ها و توزیع تنش در نمونه‌های شبیه‌سازی شده ارائه گردید و متعاقباً مدل فیزیکی قابل استفاده برای مدلسازی صفحات لغزش موازی ارائه گردید. در نهایت مشحص گردید که با افزایش دما و همچنین افزایش تنش برشی اعمالی بر المان شبیه‌سازی، سرعت نابجایی‌ها، تعداد نابجایی، تنش نابجایی، تنش بیشینه در المان شبیه‌سازی همگی افزایش می‌یابند. این میزان افزایش در ساختار از سایر ساختارها بیش‌تر و در ساختار از همه کم‌تر است. این موضوع نشان دهنده تأثیر ساختار سیلیکون‌های دوکریستاله در مواجهه با شرایط اعمالی خارجی است.
