جلسه دفاع پیشنهادیه رساله دکتری (آقای محسن واحدی)
موضوع: ارائه مدل میدان فاز برای استخراج فشار و دمای بی شکل/کریستالی شدن در آلیاژ سهگانه GST با عیوب ساختاری
ارائه دهنده: محسن واحدی
استادان راهنما: دکتر مهدی جوانبخت، دکتر محمد مشایخی
استادان مشاور: دکتر حسین جعفرزاده
استادان داور: دکتر محمد سیلانی، دکتر صالح اکبرزاده، دکتر مهدی سلمانی تهرانی
چیکده :
آلیاژهایی که بر پایه عناصر گروه 16 جدول تناوبی یا عناصر کالکوژن می‌باشند؛ کاربردهای متعدد حرارتی، الکتریکی و اوپتیکی دارند و از این رو مطالعات فراوانی پیرامون تغییر فاز آن‌ها صورت گرفته است. یکی از مهمترین این مواد، آلیاژ سهگانه GST متشکل از عناصر ژرمانیوم ، آنتیموان و تلوریوم است که کاربرد ویژه‌ای در حافظههای تغییرفازدهنده دارد و به واسطه تغییر فاز بین ساختارکریستالی و آمورف آن تحقیقات زیادی بر روی آن با استفاده از شبیه‌سازی اتمی و روش‌های آزمایشگاهی انجام شده است. اما روش دیگری که در این رساله از آن استفاده میشود؛ روش میدان فاز بوده که می‌تواند ترمودینامیک، سینتیک و تغییرات ساختاری این ماده را به خوبی بررسی کند. با توجه به محدوده گسترده‌ی دمای کاری نانولایه GST (از دمای محیط تا دمای ذوب 889 کلوین)، کرنش حرارتی و نیروی محرکه ناشی از آن نقش عمده‌ای در تعیین نیروی محرکه استحاله کریستال-آمورف شدن دارد. در این رساله، نیروی محرکه ناشی از کرنش حرارتی در استحاله در مدل لحاظ می‌گردد. علاوه بر این، مدل های قبلی قابلیت تحلیل مسائل تحت بارهای مکانیکی مخصوصا فشار بالا را ندارد و به این دلیل نمی‌تواند فشار کریستالی یا آمورف شدن را به درستی پیش‌بینی کند. در اینجا با ایده در نظر گرفتن وابستگی مدول بالک ماده به فشار هیدرواستاتیک و نوع فاز، مدل میدان فاز اصلاح و بر پایه معادله حالت مورناگان، مدول بالک وابسته به فشار هیدرواستاتیک می‌گردد و پیش‌بینی میشود با اعمال فشار و افزایش مدول بالک، فشار استحاله مطابق با مطالعات موجود به دست آید. به علاوه، پژوهش‌های موجود نشان می‌دهد که در ساختار معیوب، فشار استحاله پایین‌تر از نمونه‌های بدون عیب است. در اینجا و به‌طور خاص، با لحاظ نمودن عیب نانوحفره در مدل، فشار استحاله در تطابق با نتایج آزمایشگاهی و شبیه‌سازی‌های اتمی حاصل می‌گردد. نکته مهم دیگر این است که نانولایه GST تحت فشار و در محدوده‌ی دمایی پایین (کمتر از 450 کلوین) و بالاتر از آن دو تغییر شکل ساختاری متفاوت را تجربه می‌کند که بیانگر دو نوع کرنش استحاله متفاوت برای این نوع آلیاژ است که طبق نتایج موجود تاثیر زیادی در تعیین فشار استحاله دارد. بنابراین تعیین کرنش استحاله رژیم دما پایین و رژیم دما بالا مورد بررسی قرار خواهد گرفت. علاوه بر این، پژوهش‌های موجود نشان می‌دهد که دمای کریستالی شدن نانولایه GST تحت اعمال ولتاژ با کاهش ضخامت آن به صورت فزاینده افزایش می‌یابد و کریستالی‌شدن ناگهانی روی می‌دهد که پیش‌بینی می‌گردد ریشه در اثرات ابعادی، نوع الکترودهای مورد استفاده و نحوه تماس و در نتیجه توزیع دما و تنش داخلی داشته باشد. بنابراین با لحاظ نمودن اصلاح مدل‌های قبل پیش‌بینی کریستالی‌شدن یکباره و دمای مربوطه و وابستگی آن به ابعاد امکان‌سنجی می‌گردد. با توجه به ارائه مدلی چندفیزیکه که شامل معادلات مربوط به میدان فاز استحاله، معادلات الاستیسیته، انتقال حرارت، معادله پواسون و معادله حالت مورناگان است، از نرمافزار شبیهساز چندفیزیکه کامسول استفاده میشود.
کلمات کلیدی: روش میدان فاز، آلیاژ GST، استحاله فازی کریستال-آمورف، آمورفیزاسیون ناشی از فشار، عیب ساختاری، کریستالی شدن یکباره