ИСТИНА

В рамках проекта предполагается разработать методику математического моделирования процесса напыления аморфных тонких пленок и последующего вычисления их электронных и оптических свойств. Впервые планируется применить технологии математического моделирования для предсказания особенностей структуры пленок и их физических свойств при варьировании параметров напыления для наиболее актуальных процессов напыления. Структурные особенности пленок определяют их оптические свойства, которые в свою очередь существенны с точки зрения практического применения оптических нанопокрытий. Моделирование процесса формирования диэлектрической пленки при осаждении атомов металла и молекул кислорода (разрыв-образование химических связей, диффузия осажденных атомов и пр.) будет проведено методами молекулярной динамики. Моделирование и вычисление электронных и оптических свойств (структуры энергетических уровней, ширины запрещенной зоны, комплексной диэлектрической проницаемости) предполагается произвести с помощью методов квантовой механики. В результате работы над проектом будет разработан программный комплекс. Входными данными этого комплекса будут служить основные параметры процесса напыления, в качестве которого предполагается рассмотреть наиболее перспективный с точки зрения современных технологий процесс ионно-лучевого распыления. На выходе комплекса будут доступны структуры пленок и их электронные и оптические свойства. Общее число атомов в моделируемом процессе будет составлять несколько миллионов, что потребует использования технологий параллельного программирования.

Проект “Математическое моделирование процессов напыления оптических нанопокрытий” предусматривает исследование методов молекулярного моделирования и их применение к моделированию процесса напыления тонких оптических покрытий. На этапе 2013 года создана базовая модель для молекулярного моделирования осаждения атомов на подложку (в частности, процесса ионно-лучевого напыления атомов титана и кремния в потоке кислорода на подложку из аморфного кварца). В 2014 году разработанные на предыдущем этапе работы методы численного моделирования процесса осаждения атомов на подложку реализованы в виде программного пакета, позволяющего проводить моделирование на вычислительном кластере с большим числом процессорных ядер с применением технологий параллельного моделирования. Число атомов в моделируемой системе доведено до нескольких десятков и сотен тысяч (максимально – свыше 900 000 атомов, а размеры моделируемого объема – до десятков нанометров (до 20-30 нм по каждому направлению). Основное внимание уделено моделированию оптических параметров аморфных веществ и непосредственно тонкослойных структур. Разработана программа расчета оптических свойств (коэффициентов преломления и экстинкции) тонких пленок, позволяющая учитывать неоднородность напыляемых структур. Сформулированы и исследованы математические модели, связывающие параметры атомистической структуры напыленного покрытия с коэффициентами преломления и поглощения вещества. Исследованы возможности вычисления комплексной диэлектрической проницаемости с помощью методов квантовой химии (на основе программного пакета VASP). Проведен расчет оптических свойств тонких слоев, полученных в результате молекулярного моделирования. Таким образом, разработана и осуществлена программная реализация всего процесса – от моделирования процесса напыления покрытий до расчета их оптических свойств.