Modeling and Molecular Dynamics simulations of CdTe nanostructures in PbTe matrix.
Creators: name: Μελίδου, Αγγελική-Ραφαηλία Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Μοριακή Δυναμική
Νανοδομές CdTe(cadmium telluride) σε μήτρα PbTe (lead telluride)
Μοντελοποίηση Molecular dynamics
Nanoparticles of CdTe in PbTe matrix
Modeling

description: In our research the main goal was to simulate the formation of spherical Cadmium Telluride nanoparticles in a bulk Lead Telluride matrix. Lead Telluride is a narrow gap semiconductor with low thermal conductivity that is often used as a thermoelectric material. Cadmium Telluride is a direct band gap compound semiconductor which appears rare physical and optical properties and can be used in electronic and optical devices. For the simulation we used the molecular dynamics method. That way we were able to study the physical movements of atoms and molecules. First we created the model of each compound separately by setting all the necessary parameters and the proper interatomic potentials. These potentials are actually the means for the code to perceive the interactions between the atoms. For PbTe, the selected potentials was the Buckingham, while for CdTe, the selected potential was the Stilinger-Weber one. The interatomic potential of the interface between the matrix and the nanoparticle was again the Buckingham, because it responded suitably. The model creation was made through ATOMS program and the stability of it was tested through LAMMPS code. There were created three sizes of matrixes and nanoparticles from 1 to 10nm. Depending on the size of the nanoparticle, each one was induced in the proportional matrix. On the second phase of our work, we set the input file that we are going to use. In this input file the model that was created before is induced and the two selected potentials are combined via the hybrid command. Also we demanded to derive from the simulation the results of temperature increase every 500 steps in a snapshot of atom coordinate. That way we can observe the progress on the procedure consecutively. On the final stage, we ran the simulation by using WinSCP and PuTTy. The results are depicted in OVITO and presented analytically.
description: Κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η προσομοίωση του σχηματισμού σφαιρικών νανοσωματιδίων Cadmium Telluride σε μήτρα Lead Telluride. Ο PbTe είναι ένας ημιαγωγός στενού ενεργειακού χάσματος, με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα που χρησιμοποιείται συχνά ως θερμοηλεκτρικό υλικό. Το CdTe είναι ημιαγωγός με ευθύ ενεργειακό χάσμα που εμφανίζει σπάνιες φυσικές και οπτικές ιδιότητες. Βρίσκει εφαρμογή σε ηλεκτρονικές και οπτικές συσκευές. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο της μοριακής δυναμικής. Με αυτόν τον τρόπο είναι εφικτή η μελέτη των φυσικών κινήσεων των ατόμων και των μορίων. Πρώτα δημιουργήσαμε το μοντέλο του κάθε στοιχείου μεμονωμένα θέτοντας όλες τις απαραίτητες παραμέτρους. Επιπλέον προσδιορίσαμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ατόμων με την χρήση κατάλληλων μαθηματικών συναρτήσεων που αποδίδουν το δυναμικό του συστήματος μας, γνωστό ως interatomic potential. Τρέξαμε διάφορα tests για να ελέγξουμε την σταθερότητα των δυναμικών στα υλικά PbTe, PbSe, CdTe, CdSe, CdS, ZnS, ZnTe, ZnSe. Στην περίπτωση του PbTe και του CdTe η μελέτη που έγινε ήταν εκτενέστερη. Το ΡbΤe χρησιμοποιήθηκε ως μήτρα και το δυναμικό που επιλέχθηκε σε αυτήν την περίπτωση ήταν το Buckingham potential, ενώ το CdTe χρησιμοποιήθηκε ως νανοσωματίδιο και το επιλεγμένο δυναμικό ήταν το Stillinger-Weber. Το δυναμικό της διεπιφάνειας μεταξύ της μήτρας και του νανοσωματιδίου ήταν και πάλι το Buckingham, διότι ήταν αυτό με την πιο καλή ανταπόκριση. Η δημιουργία του μοντέλου έγινε μέσω του προγράμματος ATOMS ,το οποίο αποτελεί πρόγραμμα σχεδιασμού 3D ατομικών δομών, ενώ η σταθερότητα των δυναμικών ελέγχθηκε μέσω μοριακής δυναμικής με χρήση του κώδικα LAMMPS. Εκεί δημιουργήθηκαν τρία μεγέθη μήτρας και νανοσωματίδια διαμέτρου από 1 έως 10nm. Ανάλογα με το μέγεθος του νανοσωματιδίου, το καθένα τοποθετήθηκε σε ανάλογη μήτρα. Για τη δεύτερη φάση της εργασίας μας, θέτουμε το input file που πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε για την προσομοίωση. Σε αυτό το αρχείο εμπεριέχονται τα διάφορα μοντέλα που δημιουργήσαμε πριν για τα αντίστοιχα μεγέθη των νανοσωματιδίων καθώς επίσης και ο συνδυασμός των δύο επιλεγμένων δυναμικών μέσω της χρήσης της εντολής hybrid. Επίσης ζητήσαμε την άντληση των αποτελεσμάτων της αύξησης της θερμοκρασίας κάθε 500 steps του κώδικα και την αποτύπωση αυτών σε ένα στιγμιότυπο ατομικών συντεταγμένων. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να παρατηρήσουμε τις αλλαγές που συμβαίνουν διαδοχικά. Για να τρέξουμε το τελικό στάδιο της προσομοίωσης χρησιμοποιήσαμε τα WinSCP και PuTTy, τα οποία αποτελούν απαραίτητο software για προσομοιώσεις πολλών απαιτήσεων. Τα αποτελέσματα απεικονίζονται μέσω του προγράμματος OVITO και παρουσιάζονται αναλυτικά.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)