WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 43 |

7 видны импульсы на частотах 5–15 Гц. Возможно, грозовой фронт теперь находится ближе к точке регистрации. На рис. 8 изображен фрагмент грозы 9 июля 2009 г. (соответствующая интегральная часовая характеристика на рис. 5б). Об этой грозе (раздел Описание методики идентификации гроз по сейсмограммам) известно, что источник грозовых импульсов локализован на расстоянии порядка 1–2 км от сейсмической группы. Для сейсмограммы на рис. 8 наиболее характерные частоты 5–15 Гц.

Рис. 6. Для грозы 16.07.2008 сейсмограмма с 14:15:05.18 до 14:22:34.и соответствующая спектрограмма 230 О. А. Усольцева Рис. 7. Для грозы 16.07.2008 сейсмограмма с 16:04:04.26 до 16:05:00.45 и соответствующая спектрограмма Рис. 8. Для грозы 09.07.2009 сейсмограмма с 16:39:26.95 до 16:39:55.03 и соответствующая спектрограмма Выводы Разработана методика идентификации и детального анализа грозовых явлений по сейсмической записи. Методика адаптирована для сейсмической группы MHVAR. Обсуждаемый алгоритм идентификации может быть использован на других сейсмических группах и отдельных сейсмических Анализ сейсмической записи при грозовых явлениях станциях. При анализе грозовых явлений зачастую сейсмический датчик оказывается не менее информативным, чем акустический.

С помощью алгоритма автоматического поиска грозовых событий получены точные данные о количестве часов грозовой активности летом 2009 года. В июне 2009 года в районе Михнево выделено 5 часов грозовой активности, в июле 11 часов, в августе 4 часа. Интенсивность грозы можно оценить с помощью анализа часовой сейсмической записи по отношению среднеквадратичного минутного отклонения амплитуды сейсмического сигнала к минимальному среднеквадратичному минутному отклонению.

При сильных грозах на сейсмограммах появляется электрический импульс.

По данным времен прихода упругой волны на 16-ти сейсмических каналах и времени молниевого разряда возможно определить координаты грозовых событий и высоту.

В рассчитанных спектрограммах грозовых импульсов наибольшие амплитуды наблюдаются на частотах более 5 Гц, что согласуется с расчетами спектрального состава импульсов в [1]. Анализ спектрограмм различных грозовых импульсов показал, что имеются грозовые импульсы с растянутой от 5 до 30 Гц спектральной характеристикой, но также существуют с укороченной спектральной характеристикой 5–15 Гц. Возможно, разные спектральные характеристики связаны с различным местоположением грозового фронта относительно точки регистрации.

Список литературы 1. Соколова И.Н. Распознавание сейсмических событий различной природы // Работа, представленная на конференцию - конкурс НИОКР молодых ученых и специалистов / Национальный ядерный центр Республики Казахстан.

Курчатов, 2006. 19 с.

2. Lin T.-L., Langston C.A. Thunder-induced ground motions: 1. Observations // JGR. 2009. V.114. B04303. 19 pp. Doi :10.1029/2008JB3. Черных О.А. Сейсмический мониторинг Восточно-Европейской платформы с применением малоапертурной группы Михнево : дис.... к-та физ.-мат. наук.

М., 2011. 120 с.

4. Асминг В.Э. Создание программного комплекса для автоматизации детектирования, локации и интерпретации сейсмических событий и его использование для изучения сейсмичности северо-западного региона: дис.

... к-та физ.-мат. наук. М., 2004. 137 с.

5. Анализ инфразвуковых сигналов, генерируемых техногенными источниками / В.Э. Асминг [и др.] // Вестник МГТУ. 2009. Т.12, №2. С.300–307.

6. Norsar Scientific Report №2-2008 Semiannual Technical Summary 1 January – June 2008 / Ed. F. Ringdal Kjeller, 2008.

7. An analysis of seismic and acoustic signals measured from a series of atmospheric and neаr-surface explosions / I.O. Kitov [et al.] // Bull. Seismol. Soc. Am. 1997.

V.87, №6. P.1553–1562.

232 О. А. Усольцева 8. Федоров А.В. Сейсмический процесс зоны пролива Стур-Фиорд архипелага Шпицберген: дис.... к-та физ.-мат. наук. М., 2011. 140 с.

9. IASPEI New Manual of Seismological Observatory Practice (NMSOP), IS.8.1, V.1&/ Ed. P. Bormann Potsdam: GeoForschungsZentrum, 2002.

Усольцева Ольга Алексеевна (kriukova@mail.ru), к.ф.-м.н., научный сотрудник, лаборатория сейсмологических методов исследования литосферы, Институт динамики геосфер РАН, Москва.

Analysis of seismic record during of thunderstorm phenomena in seismic array MHVAR (Mihnevo, Moscow region) O. A. Usoltseva Abstract. In this paper algorithm of thunderstorm impulses detection and analysis is proposed. Acoustic and seismic registration comparison of thunderstorm impulses is performed. It is demonstrated that clear seen in seismogram thunderstorm impulses have acoustic character. Coordinates and altitude of acoustic wave source are estimated in first approximation. Spectrum characteristics of observed seismogram thunderstorm impulses are analyzed.

Keywords: seismogram, thunderstorm, acoustic waves, automatic event search, breakthrough, location, spectrogram.

Usoltseva Olga (kriukova@mail.ru), candidate of physical and mathematical sciences, staff scientist, Institute of geospheres dynamics of Russian academy of science, Moscow.

Поступила 17.06.Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2011. Вып. 2. С. 233–Физика УДК 539.Моделирование процесса формирования гетероструктур кремния и хрома А. В. Вахрушев, А. В. Северюхин, О. Ю. Северюхина Аннотация. Представлена математическая модель процесса формирования гетероструктур, основанная на методах молекулярной динамики. Результаты моделирования проанализированы и сопоставлены с экспериментальными данными.

Ключевые слова: моделирование, гетероструктура, кремний, хром.

Введение Гетероструктура представляет собой выращенную на подложке слоистую структуру из различных полупроводников, в общем случае отличающихся шириной запрещенной зоны. Интерес к ним обусловлен тем, что даже небольшие изменения в структуре материалов, вызванные внедрением наночастиц другого материала, могут привести к значительным изменениям оптических, физико-механических, химических и других свойств материалов.

Гетероструктуры кремния и хрома представляют большой интерес для микроэлектроники в качестве электронных преобразователей или транзисторов, а также могут найти применение и в других областях науки и техники.

Однако, построение теории формирования гетероструктур представляет собой очень сложную задачу, решение которой возможно только в паре с экспериментальными результатами.

Разработками в области создания гетероструктур и изучением их свойств занимается научная группа с Дальнего Востока под руководством Н.Г. Галкина [1,2]. Ими проведен ряд экспериментов по исследованию роста наноразмерных островков дисилицида хрома (CrSi2) на кремниевой поверхности.

* Работа выполнена при финансовой поддержке УрО РАН в рамках интеграционного проекта УрО РАН – ДВО РАН на 2009-2010 г. Исследование свойств наноуглеродных и наносилицидных структур и их соединений.

234 А. В. Вахрушев, А. В. Северюхин, О. Ю. Северюхина В настоящее время вопросы формирования гетероструктур кремния и хрома решаются в основном экспериментально, поэтому создание соответствующей математической модели, описывающей данный процесс, является весьма актуальным.

Целью данной работы являлся моделирование процессов формирования гетероструктур кремния и хрома на кремниевой подложке, изучение закономерностей процесса формирования, исследование свойств получаемых структур.

1. Постановка задачи и методы решения Формирование гетерогенных наноструктур на практике осуществляется двумя способами.

Первый из них состоит в следующем: на поверхности подложки (в нашем случае Si(111)) идет построение трехмерных островков. Данный подход обусловлен преобладанием силы взаимодействия атомов внутри островков над взаимодействием атомов с подложкой.

Второй подход полностью противоположен первому островки здесь заменяются сплошным эпитаксиальным слоем, в данном случае взаимодействие между подложкой и атомами слоя намного превосходит силу взаимодействия внутри слоя [1,2]. Этот способ называют послойным ростом (layer-by-layer growth).

Сам процесс формирования гетероструктур кремния и хрома на кремниевой подложке можно разделить на несколько этапов:

a) осаждение атомов хрома на поверхность подложки (только для первого подхода);

b) релаксация системы;

c) отжиг;

d) осаждение атомов кремния на полученную систему и образование гетерогенной наноструктуры.

Моделирование данных процессов выполнялось методом молекулярной динамики [3]. Данный метод был выбран в силу того, что квантовыми методами решать задачу с таким количеством атомов на данный момент не представляется возможным. Уравнение движения атомов для системы из N частиц может быть записано в виде:

d2ri mi = Fi (t, r (t)), i = 1, 2,..., N, (1) d tdri (t0) t0 = 0, ri (t0) = ri0, = Vi (t0) = Vi0, i = 1, 2,..., N. (2) dt где mi масса i-го атома; N число атомов в системе; ri0 начальный радиус-вектор i-го атома; ri текущий радиус-вектор i-го атома; Fi (t, r (t)) Моделирование процесса формирования гетероструктур кремния и хрома суммарная сила, действующая на i-ый атом. Выражение (2) задает начальные условия для рассматриваемой системы (1).

Результирующая внешняя сила, действующая на рассматриваемый атом, вычисляется как производная от некоторой потенциальной функции Ф (r (t)) Fi (t, r (t)) = -, ri(t) где Ф(r) потенциальная функция; ri вектор координат i-го атома.

Взаимодействие между атомами является потенциальным, и поэтому первая сила записана как градиент потенциальной энергии системы.

В качестве граничных условий в данной работе выбраны периодические граничные условия Борна-Кармана.

Остановимся подробнее на начальных условиях, задаваемых выражением (2). Для атомов подложки начальные скорости будут равны нулю. Значения поля скоростей в начальный момент времени для атомов хрома и кремния выбирались в соответствии с распределением Максвелла.

Результаты расчетов В данной работе рассмотрен первый из описанных выше механизмов формирования гетероструктур.

Моделирование было осуществлено двумя способами:

a) на кремниевую подложку помещался кристалл хрома (рис. 1), после чего система релаксировалась, затем происходило осаждение атомов кремния на полученную систему;

b) на подложку сначала осаждался хром (рис. 2), затем полученные островки бомбардировались атомами кремния.

Рис. 1. Кристалл хрома на кремниевой подложке На рис. 3 изображено начальное состояние системы, полученное в ходе моделирования, в случаях а и б соответственно.

Алгоритм моделирования выглядит следующим образом:

1. Кремниевая подложка подогревается до 500С.

236 А. В. Вахрушев, А. В. Северюхин, О. Ю. Северюхина Рис. 2. Осаждение хрома на кремниевую подложку а б Рис. 3. Первый этап моделирования 2. Происходит осаждение атомов хрома на поверхность подложки со скоростью = 0, 04 нм/мин при 500С (только для случая б).

3. Осуществляется отжиг при температуре 750С.

4. На полученную систему осаждаются атомы кремния на скорости = = 3 - 4 нм/мин.

После отжига (а) для кристалла хрома, б) для атомов хрома) была получена следующая картина (рис. 4).

В результате третьего этапа моделирования образуются островки кремния, это обусловлено тем, что силы взаимодействия атомов хрома больше чем силы их взаимодействия атомов с подложкой.

Размеры и количество островков зависят как от размеров подложки, так и от толщины слоя осаждаемого хрома. Так на рис. 5 представлена система с двумя островками.

На последнем этапе моделирования при осаждении кремния на поверхность островков хрома и подложку диффузия атомов кремния внутрь островков наблюдается лишь в верхних слоях (рис. 6.). Это достаточно хорошо согласуется с экспериментальными данными [1, 2]. Так, Моделирование процесса формирования гетероструктур кремния и хрома а б Рис. 4. Состояние системы в результате отжига Рис. 5. Моделируемая система с двумя островками хрома (темные атомы хром, светлые кремний) при осаждении 756 атомов кремния диффундируют лишь 86, т.е. чуть больше 11% (график на рис. 7, а). Можно предположить, что именно эти диффундирующие атомы образуют соединение CrSi2.

Наличие явления диффузии лишь в поверхностных слоях обусловлено строением и свойствами элементов участвующих в моделировании. Так, например, если вместо хрома взять кристалл золота того же размера количество диффундирующих атомов кремния и глубина их проникновения будут заметно отличаться (рис. 7, б).

Для оценки внутреннего строения получающихся гетероструктур можно построить радиальную функцию распределения атомов системы. На рис.

8 представлены функции для результатов моделирования и для кристалла CrSi2 соответственно. Видно, что кривые имеют схожий характер, что может свидетельствовать о качественном соответствии моделируемой системы теоретическим данным.

238 А. В. Вахрушев, А. В. Северюхин, О. Ю. Северюхина а б Рис. 6. Гетерогенные наноструктуры Si/Cr/Si сечение вдоль оси y:

а при использовании кристалла хрома; б при использовании атомарного хрома а б Рис. 7. Глубина проникновения атомов кремния в хром а, в золото б [4] В результате осаждения кремния происходит заметное увеличение размеров островков. При дальнейшем осаждении кремния происходит формирование гетероструктур. Гетерогенные наноструктуры, полученные для первой и второй систем, представлены ниже на рис. 9, а и 9, б соответственно.

Из рис. 9 видно, что полученные системы имеют разную структуру, что, несомненно, может сказаться на их свойствах. Свойства получающихся гетероструктур зачастую зависят также от размеров островков, толщины подложки, времени осаждения и отжига.

2. Выводы Предложена математическая модель формирования гетерогенных наноструктур методами молекулярной динамики. Проведенные численные исследования показали возможность применения метода молекулярной динамики для моделирования процесса формирования гетероструктур Моделирование процесса формирования гетероструктур кремния и хрома а б Рис. 8. Функция радиального распределения: а по результатам моделирования; б для CrSiа б Рис. 9. Гетерогенные наноструктуры Si/Cr/Si: а при использовании кристалла хрома; б при использовании атомарного хрома кремния и хрома. Результаты моделирования хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Список литературы 1. Галкин Н.Г., Турчин Т.В., Горошко Д.Л. Влияние толщины слоя хрома на морфологию и оптические свойства гетероструктур Si(111)/нанокристаллиты CrSi2/Si(111) // ФТТ. 2008. Т.50. Вып.2. С.345–353.

2. Galkin N.G, Dzsa L., Turchin T.V. Properties of CrSi2 nanocrystallites grown in a silicon matrix // J.Phys.: Condens. Matter. 2007. V.19. P.506204–506216.

3. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. М.: Наука, 1983. С.220–221.

Pages:     | 1 |   ...   | 22 | 23 || 25 | 26 |   ...   | 43 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.