Thermal stability of copper nanowires

Koppar har i tusentals år använts inom många olika områden både som ren metall och som en del av legeringar. Koppar spelar även en central roll i det moderna samhället med dess höga el- och värmeledningsförmåga. För att kunna utnyttja det här mångsidiga materialet även inom nanoindustrin måste dess egenskaper undersökas. Vid undersökningar av nanomaterial har man upptäckt att dessa material har andra egenskaper än makroskopiska material. En av de viktigaste egenskaperna är nanotrådarnas termiska stabilitet. Den termiska stabiliteten hos kopparnanotrådar måste kännas till för att kunna tillverka elektronik som bygger på kopparnanotrådar utan att det uppstår problem. P.g.a. svårigheter med att utföra experiment på nanotrådarna undersöktes den termiska stabiliteten hos kopparnanotrådar i den här studien med atomistiska datorsimuleringar. I den första undersökningen bestämdes korrelationen mellan diametern på nanotråden och nanotrådens smältpunkt. Även olika former på tråden undersöktes. Tre olika former på trådar med diametern mellan 1.5 nm och 20 nm undersöktes med en simuleringsmetod som kallas molekyldynamik. Den här simuleringsmetoden grundar sig på att man använder den klassiska newtonska mekaniken för att se hur materialet beter sig. Resultaten för smältpunkten jämfördes med den semi-empiriska vätskedroppsmodellen och resultaten överensstämmer mycket bra. Vid analys av nanotrådar med diametern 1 nm hittades en rekonstruktion. Rekonstruktionen kunde uppstå spontant p.g.a. värmevibrationer i tråden. Det här fenomenet undersöktes både genom att studera den spontana uppkomsten av rekonstruktioner och genom utdragning av nanotrådar. Den spontana uppkomsten av rekonstruktioner kunde ses i ett brett temperaturintervall och rekonstruktioner som uppstod p.g.a. utdragning kunde ses vid nästan alla temperaturer, t.o.m. över den förutspådda smältpunkten. Stabiliteten hos rekonstruktionerna undersöktes även med en kvant-mekanisk simuleringsmetod kallad täthetsfunktionalteori. De här resultaten förutsäger att rekonstruktionen är endera stabil eller metastabil.