실리콘 단결정의 전위 운동성에 관한 분자동역학 전산모사

Abstract

분자동역학 방법은 실리콘 단결정 구조에 존재하는 나선전위의 이동성을 연구하기 위하여 사용되었다. 본 연구에서 분자동역학 모델은 주기적인 경계조건을 주기 위하여 모델이 대칭성을 만족하여야 한다. 전위선 방향과 그에 수직하는 두 방향으로 정합성을 이루기 위하여 셔플 면에 네 개의 전위가 존재하게 되어 주기적인 경계조건을 적용시킨다. 실리콘 단결정 구조 모델에 전단 변형을 주어 Peierls응력을 계산하는데 Peierls 응력은 0K에서 전위가 이동을 시작하는 응력으로 변형률 속도, 모델의 크기에 따라 같은 조건에서도 결과가 다르게 나타난다. 따라서 수렴하는 응력 값을 찾기 위해 변형률 속도를 변형시키고 모델의 크기를 키우며 최적화된 값을 찾는다. 연구에서 구한 변형률 속도는 실제 실험값과 매우 큰 차이를 보이지만 분자정역학으로 Peierls응력을 계산한 결과와 비슷한 값을 보이므로 시뮬레이션 결과는 타당하다. 실리콘의 벌크한 성질을 표현하기 위해서는 최대한 모델의 크기를 키우는 것이 합당하나 모델이 커지면 계산 시간이 제곱의 비율로 커지므로 시간의 한계 때문에 약 18000개의 원자를 갖는 모델로 시뮬레이션을 진행하였다. 전위의 임계응력은 온도에 의존하므로 그에 따른 결과를 계산하였다. 온도가 증가하면 전위의 임계응력은 감소한다. 또한 시뮬레이션을 통하여 전위는 kink를 형성하며 이동함을 확인하였고, 전위이동을 위한 활성화 에너지, 전위의 위치와 이동속도를 계산하였다.