热辅助存储磁盘硅掺杂非晶碳薄膜氧化的ReaxFF反应力场分子动力学模拟

刘青康 宋文平 黄其涛 张广玉 侯珍秀

引用本文: 刘青康,  宋文平,  黄其涛,  张广玉,  侯珍秀. 热辅助存储磁盘硅掺杂非晶碳薄膜氧化的ReaxFF反应力场分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2017, 33(12): 2472-2479. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706222 shu
Citation:  LIU Qing-Kang,  SONG Wen-Ping,  HUANG Qi-Tao,  ZHANG Guang-Yu,  HOU Zhen-Xiu. ReaxFF Reactive Molecular Dynamics Simulation of the Oxidation of Silicon-doped Amorphous Carbon Film in Heat-assisted Magnetic Recording[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(12): 2472-2479. doi: 10.3866/PKU.WHXB201706222 shu

热辅助存储磁盘硅掺杂非晶碳薄膜氧化的ReaxFF反应力场分子动力学模拟

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51405103)、中国博士后科学基金(2014M551230,2015T80335)资助项目

摘要: 热辅助磁存储技术是一种提高磁盘存储面密度到1 Tb·in−2的方法,在数据写入过程中的激光局部加热会使磁盘非晶碳薄膜氧化。本文采用ReaxFF反应力场分子动力学方法,建立硅掺杂非晶碳(a-C:Si)薄膜在激光诱导氧化的模型,从原子尺度分析a-C:Si薄膜的结构变化、氧化过程,确定了氧化机理以及激光加热次数对氧化的影响规律。a-C:Si薄膜的氧化发生在加热阶段和初始降温阶段,在加热过程中a-C:Si薄膜的体积扩张和降温过程中原子应变引起碳原子团簇,均使薄膜中sp2碳含量增加。随着加热次数的增加,表面未饱和原子数量减少和氧原子低扩散率使薄膜氧化速率逐渐降低。此外,非晶薄膜的表面缺陷使分子氧成为氧化剂,表面原子剪切应变使Si-O-O-Si链中O-O键断裂,重构氧化表面,进而促进a-C:Si薄膜的氧化。

English

    1. [1]

      (1) Kryder, M. H.; Gage, E. C.; Mcdaniel, T. W.; Challener, W. A.; Rottmayer, R. E.; Ju, G. P.; Hsia, Y. T.; Erden, M. F. P. IEEE 2008, 96 (11), 1810. doi: 10.1109/JPROC.2008.2004315

    2. [2]

      (2) Weller, D.; Moser, A. IEEE Trans. Magn. 1999, 35 (6), 4423. doi: 10.1109/20.809134

    3. [3]

      (3) Ma, Y. S.; Chen, X. Y.; Liu, B. Tribol. Lett. 2012, 48 (3), 337. doi: 10.1007/s11249-012-0032-7

    4. [4]

      (4) Pathem, B. K.; Guo, X. C.; Rose, F.; Marchon, B. IEEE Trans. Magn. 2013, 49 (7), 3721. doi: 10.1109/TMAG.2012.2236645

    5. [5]

      (5) Liu, Q. K.; Li, L. Q.; Zhang, H. T.; Huang, Q. T.; Zhang, G. Y.; Hou, Z. X. IEEE Trans. Magn. 2017, 53 (3), 3301007. doi: 10.1109/TMAG.2016.2626344

    6. [6]

      (6) Jones, P. M.; Ahner, J.; Platt, C. L.; Tang, H.; Hohlfeld, J. IEEE Trans. Magn. 2014, 50 (3), 144. doi: 10.1109/TMAG.2013.2285599

    7. [7]

      (7) Wang, N.; Komvopoulos, K. IEEE Trans. Magn. 2011, 47 (9), 2277. doi: 10.1109/TMAG.2011.2139221

    8. [8]

      (8) Ma, Y. S.; Ji, R.; Man, Y. J.; Shakerzadeh, M.; Zheng, R. Y.; Seet, H. L.; Hu, J. F. IEEE Trans. Magn. 2016, 52 (2), 3300606. doi: 10.1109/TMAG.2015.2494857

    9. [9]

      (9) Wu, W. J.; Hon, M. H. Surf. Coat. Technol. 1999, 111 (2–3), 134. doi: 10.1016/S0257-8972(98)00719-1

    10. [10]

      (10) Khriachtchev, L.; Vainonen-Ahlgren, E.; Sajavaara, T.; Ahlgren, T.; Keinonen, J. J. Appl. Phys. 2000, 88 (4), 2118. doi: 10.1063/1.1305831

    11. [11]

      (11) Er, K. H.; So, M. G. J. Ceram. Process. Res. 2013, 14 (1), 134.

    12. [12]

      (12) Hatada, R.; Baba, K.; Flege, S.; Ensinger, W. Surf. Coat. Technol. 2016, 305, 93. doi: 10.1016/j.surfcoat.2016.08.011

    13. [13]

      (13) Kim, J. W.; Hong, B. X.; Lim, D. C.; Lee, D. B. Surf. Coat. Technol. 2005, 193 (1), 288. doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.08.168

    14. [14]

      (14) Newsome, D. A.; Sengupta, D.; Foroutan, H.; Russo, M. F.; van Duin, A. C. T. J. Phys. Chem. C 2012, 116 (30), 16111. doi: 10.1021/jp306391p

    15. [15]

      (15) Newsome, D. A.; Sengupta, D.; van Duin, A. C. J. Phys. Chem. C 2013, 117 (10), 5014. doi: 10.1021/jp307680t

    16. [16]

      (16) Sun, Y.; Liu, Y. J.; Xu, F. Chin. Phys. B 2015, 24 (9), 096203. doi: 10.1088/1674-1056/24/9/096203

    17. [17]

      (17) Shen, X.; Tuttle, B. R.; Pantelides, S. T. J. Appl. Phys. 2013, 114, 033522. doi: 10.1063/1.4815962

    18. [18]

      (18) van Duin, A. C. T.; Dasgupta, S.; Lorant, F.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. A 2001, 105 (41), 9396. doi: 10.1021/jp004368u

    19. [19]

      (19) Chenoweth, K.; van Duin, A. C. T.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. A 2008, 112 (5), 1040. doi: 10.1021/jp709896w

    20. [20]

      (20) van Duin, A. C. T.; Strachan, A.; Stewman, S.; Zhang, Q. S.; Xu, X.; Goddard, W. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107 (19), 3803. doi: 10.1021/jp0276303

    21. [21]

      (21) Liu, X. L.; Li, X. X.; Han, S.; Qiao, X. J.; Zhong, B. J.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (6), 1424. [刘晓龙, 李晓霞, 韩 嵩, 乔显杰, 钟北京, 郭 力. 物理化学学报, 2016, 32 (6), 1424.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201603233

    22. [22]

      (22) Diao, Z. J.; Zhao, Y. M.; Chen, B.; Duan, C. L. Acta Chim. Sin. 2012, 70, 2037. [刁智俊, 赵跃民, 陈 博, 段晨龙. 化学学 报, 2012, 70, 2037.] doi: 10.6023/A12070451

    23. [23]

      (23) Wang, Z. M.; Zheng, M.; Xie, Y. B.; Li, X. X.; Zeng, M.; Cao, H. B.; Guo, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2017, 33 (7), 1399. [王 子民, 郑 默, 谢勇冰, 李晓霞, 曾 鸣, 曹宏斌, 郭 力. 物理化学学报, 2017, 33 (7), 1399.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201704132

    24. [24]

      (24) Yang, Z.; He, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (4), 921. [杨 镇, 何远航. 物理化学学报, 2016, 32 (4), 921.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201512251

    25. [25]

      (25) Li, L. Q.; Xu, M.; Song, W. P.; Ovcharenko, A.; Zhang, G. Y.; Jia, D. Appl. Surf. Sci. 2013, 286, 287. doi: 10.1016/j.apsusc.2013.09.073

    26. [26]

      (26) Stukowski, A. Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 2010, 18, 1. doi: 10.1088/0965-0393/18/1/015012

    27. [27]

      (27) Bai, L. C.; Srikanth, N.; Wu, H.; Liu, Y.; Liu, B.; Zhou, K. J. Non-Cryst. Solids 2016, 443, 8. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.03.025

    28. [28]

      (28) Namilae, S.; Radhakrishnan, B.; Sarma, G. Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 1302. doi: 10.1016/j.compscitech.2006.10.002

    29. [29]

      (29) Shimizu, F.; Ogata, S.; Li, J. Mater. Trans. 2007, 48 (11), 2923. doi: 10.2320/matertrans.MJ200769

    30. [30]

      (30) Tang, C.; Wong, C. H. Intermetallics 2016, 70, 61. doi: 10.1016/j.intermet.2015.12.010

    31. [31]

      (31) Kageshima, H.; Shiraishi, K. Phys. Rev. Lett. 1998, 81 (26), 5936. doi: 10.1103/PhysRevLett.81.5936

    32. [32]

      (32) Kelires, P. C. Phys. Rev. B 2000, 62 (23), 15686. doi: 10.1103/PhysRevB.62.15686

    33. [33]

      (33) Li, Y. Y.; Xiao, W.; Li, H. L. J. Nucl. Mater. 2016, 480, 75. doi: 10.1016/j.jnucmat.2016.08.004

    34. [34]

      (34) Pamungkas, M. A.; Joe, M.; Kim, B. H.; Lee, K. R. J. Appl. Phys. 2011, 110, 053513. doi: 10.1063/1.3632968

    35. [35]

      (35) Kao, D. B.; Mcvittie, J. P.; Nix, W. D.; Saraswat, C. K. IEEE Trans. Electron Devices 1988, 35 (1), 25. doi: 10.1109/16.2412

    36. [36]

      (36) Liu, H. I.; Biegelsen, D. K.; Johnson, N. M.; Ponce, F. A.; Pease, R. F. W. J. Vac. Sci. Technol. B 1993, 11 (6), 2532. doi: 10.1116/1.586661

    37. [37]

      (37) Khalilov, U.; Pourtois, G.; Bogaerts, A.; van Duin, A. C. T.; Neytsa, E. C. Nanoscale 2013, 5, 719. doi: 10.1039/C2NR32387G

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  • 收稿日期:  2017-05-03
  • 修回日期:  2017-06-09
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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