Высокопроизводительные технологии моделирования релаксационных процессов в наноструктурированных тонких пленках

В рамках проекта предлагается разработка микроскопической модели, позволяющей исследовать влияние технологических параметров процесса напыления тонких оптических покрытий на их структурные, механические и оптические свойства. Модель основана на методе классической молекулярной динамики (МД), в рамках которого атомы рассматриваются как взаимодействующие по классическим законам силовые центры, движение которых подчиняется законам Ньютона. Разработанная ранее в рамках Проекта 2014 года (№ 14-11-00409) модель позволяет рассчитывать влияние ряда технологических параметров высокоэнергетических методов напыления (ion beam sputtering) на свойства пленок. В проекте 2017 предлагается обобщить разработанную модель на другие перспективные методы напыления, в частности, напыление с ионным ассистированием, позволяющим получать более однородные по толщине пленки. В разрабатываемой модели будет предусмотрена возможность напыления на подложки с различной ориентацией кристаллографических плоскостей, различными значениями плотности потока осаждаемых атомов и ассистирующих ионов, различным угловым распределением скоростей осаждаемых атомов и др. Предусматривается возможность расчета следующих структурных параметров, влияющих на их технологические свойства: плотность пленки, концентрация точечных дефектов, средние межатомные расстояния и валентные углы, и др. Предусмотрен расчет механических свойств: модулей Юнга и всестороннего сжатия, коэффициента Пуассона, коэффициента термического расширения, механических напряжений в пленках. Актуальность проекта обусловлена постоянно расширяющимся применением суперкомпьютерных вычислений для моделирования реальных технологических процессов. Разрабатываемая модель нацелена на совершенствование экспериментальных методов изготовления тонких оптических покрытий, позволяет прогнозировать последствия изменений технологический условий их изготовления на свойства покрытий. Впервые будет создана микроскопическая модель, позволяющая исследовать влияние параметров напыления на широкий набор структурных, оптических и механических свойств тонких пленок. Впервые свойства пленок будут вычислены для атомистических кластеров технологических размеров – до 100 нм. Рекордные размеры кластеров достигаются за счет использования технологии суперкомпьютерного моделирования с количеством вычислительных узлов до нескольких тысяч.