小平面生长机制及动力学的晶体相场法研究

小平面生长广泛存在于许多重要结构材料和功能材料的制备过程中。深刻理解小平面生长机制及动力学，进而更有效地控制小平面生长是金属间化合物、半导体、功能晶体等先进材料制备的关键基础问题。现有研究的最大障碍在于缺乏一个可完整描述晶体结构、缺陷、生长形态和生长条件四者间关系的模型框架，进而更好地解释小平面生长机制及动力学。近年来晶体相场模型的提出为上述问题的解决提供了可能。本项目采用晶体相场模型结合振幅扩展算法，以界面形态演化为主线，对小平面生长机制及动力学进行系统研究，从原子结构、纳米结构和显微结构三个层次上全面考察微观台阶演化、宏观小面形成及其相互关联，阐明位错、孪晶等缺陷在小平面生长中的作用机制，确定不同生长条件下界面形态演化及其动力学规律，建立晶体结构、缺陷、生长形态及生长条件间的关联。项目研究成果不仅可为小平面生长的主动控制提供理论依据，还可为材料微观组织演化的多尺度模拟提供新的研究思路。

小平面生长广泛存在于许多重要结构材料和功能材料的制备过程中。深刻理解小平面生长机制及动力学，进而更有效地控制小平面生长是金属间化合物、半导体、功能晶体等先进材料制备的关键基础问题。本项目采用晶体相场模型，以界面形态演化为主线，对小平面生长机制及动力学进行系统研究，从原子结构、纳米结构和显微结构三个层次上全面考察微观台阶演化、宏观小面形成及其相互关联。取得的主要成果如下：1.建立了可描述小平面生长的晶体相场模型，并实现了晶体相场模型的高效求解及程序编制；2.实现了微观台阶生长及宏观小平面生长过程的再现，阐明了微观台阶生长及宏观小面生长的动力学过程及规律，揭示了原子尺度上不同晶体结构的晶体生长动力学机制及枝晶生长择优取向选择机制；3.研究了晶体缺陷在小平面生长中的作用，阐明了螺位错、孪晶等晶体缺陷控制条件下的微观台阶形成机制及生长动力学过程，验证了小面形成的孪晶凹角机制。项目研究成果不仅可为小平面生长的主动控制提供理论依据，还可为材料微观组织演化的多尺度模拟提供新的研究思路。