Efeito de uma barreira cinética em modelos de crescimento de interfaces com mobilidade limitada

Abstract

No crescimento de filmes finos, a morfologia é uma das mais importantes características. Em particular, o aparecimento de estruturas tridimensionais auto-arranjadas, caracterizada por morros, com origem atribuída a barreiras que causam um desequilíbrio entre o fluxo de partículas ascendente e descendente em superfícies com degraus. Nessa dissertação estudamos os efeitos da introdução de uma barreira cinética que aparece quando incluímos a difusão normal ao substrato na migração entre planos diferentes nos modelos de Wolf-Villain (WV) e Das Sarma-Tamborenea (DT). O objetivo é investigar as alterações morfológicas e a dinâmica de crescimento de interfaces devido a essa barreira em substratos unidimensionais e bidimensionais. Em nossas simulações observamos inferfaces com estruturas caracterizadas pela presença de morros, com padrões morfológicos típicos observados em filmes com estruturas tridimensionais auto-arranjadas o que não é observado para os modelos WV e DT, sem a barreira cinética. Nos modelos WV e DT com barreira cinética em d = 1 + 1 e d = 2 + 1 dimensões, encontramos que o expoente de crescimento vai para 1=2 no limite assintótico. Calculamos a corrente ascendente e descendente entre terraços e determinamos o fluxo médio de partículas nos degraus por sítio. Observamos uma corrente descendente nos degraus para ambos os modelos, que se aproxima de um valor nulo após um tempo longo, onde esperamos um equilíbrio entre o fluxo de partículas ascendentes e descendentes e além disso, a saturação da largura da interface.

In thin film growth, morphology is one of the most important characteristics. In particular, the appearance of self-assembled three-dimensional structures, characterized by mounds, with origin attributed to barriers that cause an imbalance between up- and downhill currents in stepped surfaces. In this dissertation we study the effects of the introdution of a kinetic barrier that appears when we include the normal diffusion to the substrate in the migration between different planes in the models ofWolf-Villain and Das Sarma-Tamborenea. The aim is to investigate the morphological changes and growth dynamics of interfaces due to this barrier in one and two-dimensional substrates. In our simulations simulations, we observed interfaces with structures characterized by the presence of mounds, with typical morphological patterns observed in films with self-assembled three-dimensional structures, not observed for the WV and DT models without the kinetic barrier. In the WV and DT models with kinetic barrier in d = 1 + 1 and d = 2 + 1 dimensions, we find that the growth exponent goes to 1=2 in the asymptotic limit. We calculate the ascendent and descendent currents between terraces and determine the average flow of particles in steps per site. We observe a descendent current in the steps for both models, approaching an zero value after a long time, where we would expect a balance between upward and downward particle flow and also saturating the width interface.