Molecular Dynamics Simulations of Energetic Ar Cluster Bombardment of Ag(111)

Abstract

Large-scale molecular dynamics computer simulations are used to investigate the dynamics of material ejection during high-energy Arn cluster bombardment of Ag(111) at normal incidence. The silver sample containing 7 million atoms is bombarded with Arn projectiles (n = 45−30000) with kinetic energy spanning from a few keV up to 1 MeV. Such a wide range of projectile parameters allows probing processes taking place during low-density collision cascade as well as during high-density events characteristic of micrometeorite bombardment in space. The material modications and total sputtering yield of ejected particles are investigated. While at low-energy impacts, ejection of individual silver atoms is the main emission channel, the ejection of large clusters from the corona of the created crater dominates for the high-energy impacts.

Physical basis of energy per cluster atom in the universal concept of sputtering

“…5 During these studies, an interesting observation was made that the scatter in data points in the dependence of the sputtering yield Y against the incident kinetic cluster energy E for different clusters sizes can be reduced to nearly a curve, if the variables Y and E are presented in quantities scaled by the number of cluster atoms n, that is, Y/n vs E/n. 6 This observation was then confirmed by numerous studies, both experimental 7,8 and computational, [9][10][11] for various solids (Ag, Si, SiO 2 , Irganox, and polystyrene) and the cluster beams (C 60 , Ar n ). The results for atomic and molecular solids, however, separate into two distinct regions on a Y/n vs E/n plot.…”

“…6,12,13,17 It has also been interpreted as a quantity proportional to the squared velocity of the cluster, and as such presented as the energy per cluster mass E/m if results for different cluster types were compared on the same plot. [9][10][11] It is not intuitively obvious which variation, E/n or E/m, is correct, although the "velocity" interpretation fits with the bead model that considers the whole cluster as a single particle losing energy due to friction. 18,19 For this study, we analyzed MD simulations of a model system, in which Ag(111) samples were bombarded by Ar n clusters.…”

INVESTIGATION OF THE BOMBARDMENT OF LOW-ENERGY ISOMERS OF Tin CLUSTERS (n = 7, 13, 15, 19) BY TITANIUM ATOMS: MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION

“…Молекулярно-динамическое моделирование бомбардировки кластеров n Ti ( 7,13,15,19 n  ) атомами титана проводили в NVEансамбле с использованием многочастичного потенциала сильной связи [17,18]. Используемая функция межатомного взаимодействия широко используется не только для расчета равновесных структур кластеров [10,11], но и при моделировании ионной бомбардировки твердых тел и наноструктур [14,15,[19][20][21].…”

“…В настоящее время теоретических и экспериментальных научных работ подтверждающих/отвергающих данный факт не найдено. Таблица Целью настоящей работы являлось молекулярно-динамическое исследование взаимодействия атомов (далее по тексту также будем называть бомбардирующие частицы ионами) с низкоэнергетическими изомерами малых кластеров титана n Ti ( 7,13,15,19 n  ). Некоторые параметры исследуемых изомеров и их графические изображения представлены в Таблице 1.…”

“…Изучаемый процесс ион-кластерного столкновения является одним из основных начальной стадии образования наноструктур и определяет пространственные и временные характеристики частиц присутствующих в реакционной зоне. Используемый в работе метод молекулярной динамики хорошо зарекомендовал себя при решении широкого круга задач с участием наноразмерных частиц (в том числе и процессов взаимодействия с другими частицами и поверхностью твердого тела) [7][8][9][10][11][12][13][14][15].…”