Doktorsvörn í efnafræði - Abid Ali

Streymi

Doktorsefni: Abid Ali

Heiti ritgerðar: Reikningar á sveimi og færslu Pt og Au atóma milli laga á yfirborði kristalla (Atomic scale simulations of Pt and Au adatom diffusion and interlayer transport)

Andmælendur: Dr. Nigel Mason, prófessor við University of Kent, Bretlandi
Dr. Gísli Hólmar Jóhannesson, sviðsstjóri stærðfræði og raunvísinda hjá Keili

Leiðbeinandi: Dr. Hannes Jónsson, prófessor við Raunvísindadeild HÍ

Einnig í doktorsnefnd: Dr. Egill Skúlason, prófessor við Iðnaðarverkfræði-, vélaverkfræði- og tölvunarfræðideild HÍ
Dr. Elvar Örn Jónsson, sérfræðingur við Raunvísindastofnun Háskólans

Doktorsvörn stýrir: Dr. Oddur Ingólfsson, prófessor við Raunvísindadeild

Ágrip

Rannsóknin sem lýst er í þessari ritgerð er hluti af netverkefni sem felur í sér vöxt nanóbygginga úr málmi á yfirborði fastra efna, Horizon 2020 verkefni sem ber heitið ELENA.

Hluti verkefnisins sem lýst er hér fól í sér notkun ýmissa aðferða, þar á meðal þéttleika virknikenninga (DFT), hálf-empírískar hugsanlegar aðgerðir og véllærða Gauss-nálgunarmöguleika (GAP) til að ákvarða kerfi flutnings adatom á yfirborði fastra efna og millilaga flutnings. Lágmarksorkuleiðir fyrir hina ýmsu frumferla voru reiknaðar út með því að nota nudged-teygjubandsaðferðina til að bera kennsl á umbreytingarferli og meta samsvarandi virkjunarorku. Sérstaklega var lögð áhersla á ferla sem fela í sér niðurfellingu einliða sem lenda ofan á vaxandi þéttpökkuðu lagi á platínu- og gullkristöllum. Þetta eru lykilskiptin sem ákvarða hvort yfirborðið vex lag fyrir lag eða myndar þrívíðar eyjar. Ákjósanlegur vélbúnaður fyrir slíkan millilagsflutning var auðkenndur með hliðsjón af formgerð yfirborðs, sérstaklega tilvist beyglna á þrepabrúnunum. Einnig voru gerðir útreikningar á Au adatom dreifingu á Si(100) yfirborðinu. Þó að könnunarútreikningar á öllum þessum kerfum hafi fyrst verið gerðir með því að nota hálf-empírískar möguleikaföll, eru helstu niðurstöður sem kynntar eru byggðar á nákvæmari DFT útreikningum sem voru gerðar síðar með því að nota PBEsol rafeindaþéttleikaaðgerðina.

Helsta niðurstaðan fyrir Pt/Pt(111) og Au/Au(111) kerfin er sú að niðurstig á sér stað þegar beygja er á brún skrefabrúnarinnar, og ákjósanlegur vélbúnaður felur í sér samstillt tveggja atóma ferli sem setur atóm nálægt en ekki inn á kink-síður. Þetta er mikilvægt til að útskýra vöxt lag fyrir lag sem kemur aftur inn, sem áður hefur sést með tilraunum fyrir Pt(111) vöxt. Útreikningarnir fyrir Au/Au(111) sem hér eru sýndir spá fyrir um svipaða hegðun fyrir vöxt Au(111) yfirborðsins. Sýnt er fram á mikilvægi þess að velja einn viðmiðunarpunkt fyrir orku aðatómsins, sem hér er valið að vera aðatómið á útbreiddu sléttu yfirborði. Einnig eru greind tvö áhrif sem leiða til eyðingarsvæðis nálægt þrepabrúnunum, sem áður hefur sést með tilraunum.

Útreikningar á Au adatom á Si(100)-2x1 yfirborðinu sýna óvenjulega dreifingarleið. Þó að ákjósanlegur bindistaður sé á milli Si dimer raðanna, eins og áður hefur verið ályktað af tilraunamælingum, felur ákjósanleg dreifingarleið í sér eflingu adatom til hærri orku bindistaði ofan á dimer röð og síðan hröð renna eftir röðinni áður en adatom dettur aftur niður á milli dimer raða á lágorkusvæði. Þess vegna er spáð að dimerar af Au atómum og hugsanlega stærri adatom þyrpingum myndist ofan á dimer raðir, frekar en á milli raða. Á grundvelli útreikninga á bindistaði og flæðisleiðum voru gerðar hreyfingar Monte Carlo eftirlíkingar af langtímaþróun og árangursrík virkjunarorka fyrir dreifingu metin.

Um doktorsefnið

Abid Ali fæddist árið 1990 í Kundha Khahi í Sindh, Pakistan og ólst þar upp með fimm bræðrum og fimm systrum. Hann lauk BS-gráðu í ólífrænni efnafræði árið 2013 frá Háskólanum í Sindh, í Jamshoro, Pakistan, og meistaragráðu í tölvuefnafræði árið 2017 frá ICCBS-háskólanum í Karachi, Pakistan. Hann hóf doktorspróf í fræðilegri efnafræði við Háskóla Íslands í september 2017 og var hluti af Marie Curie, Horizon 2020 verkefni sem ber heitið ELENA.