Investigating the properties of metal surfaces under high electric fields based on ab initio calculations

Kõrged elektriväljad mõjutavad märkimisväärselt metallpindade käitumist põhjustades keerukaid muutusi aatomite vahelistes interaktsioonides. See omakorda võib põhjustada erinevaid elektriväljast tingitud materjali pindade muutusi, sealhulgas pinnadifusioonile eelissuuna tekkimist ja elektriväljast tingitud pinna ümberstruktureerimist. Doktoritöö keskendus atomistlike simulatsioonimudelite väljatöötamisele, et uurida elektriväljast tingitud pinnadefektide tekkemehhanisme. Kõrgete elektriväljade rakendamisel erinevates tehnoloogiavaldkondades, nagu osakestekiirendeid või elektrivõrkude vaakumlülitid on oluliseks probleemiks vaakumkaare e. läbilöögi teke. Elektrivälja poolt põhjustatud difusiooniprotsesse peetakse üheks tõenäoliseks põhjuseks mis viib nanoskaalas defektide kasvuni. See omakorda viib lõpuks vaakumläbiöögini. Varasemad teooriad viitavad sellele, et aatomite difusioon metalli pinnal on suunatud tugevama elektrivälja poole. Töö käigus leidis hüpotees kinnitust kombineeritud molekulaardünaamika-tihedusfunktsionaali teooria meetodil läbi viidud analüüsides. Kvantitatiivsete vastavus saavutati täpsemate arvutustega kus elektrivälja ja pinna dünaamikat kirjeldatakse efektiivsete dipoolmomentide ja polariseeritavusega, kusjuures tõestasime, et hüperpolariseeritavuse mõjud on asjakohases elektrivälja väljavahemikus (<15 GV/m) tähtsusetud. Mudelitele võib leida kinnitust hiljutiste eksperimentaalsetest uuringutest elektrivälja põhjustatud pinnadefektide tekkimisest karbureeritud volframi (WC) näitel. Eksperiment demonstreeris 10% suurust emissioonivoolude kasvu materjali pinnal mis oli võimalik ainult difusioonist tingitud pinna restruktureerimise tõttu – eeldatav tavakäitumine olnuks 1% voolude kasv. Töö käigus selgitasime WC pinna struktuuri ning lõime aluse edasisteks detailseteks valideerimisuuringuteks.

Grantor dc:publisher

Tartu Ülikooli Kirjastus

Year dc:date.issued

2024

Author dc:creator

• Wang, Ye

Advisors dc:contributor.advisor

• Zadin, Veronika, juhendaja
• Aabloo, Alvo, juhendaja
• Vlassov, Sergei, juhendaja
• Kyritsakis, Andreas, juhendaja

• doktoritööd

Statement dc:rights

• Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Estonia

Licence dc:rights.uri

• http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ee/

Language dc:language.iso

en

Identifier

hdl:10062/106210

OAI record oai:identifier

http://dspace.ut.ee/oai/request?verb=GetRecord&metadataPrefix=dim&identifier=oai%3Adspace.ut.ee%3A10062%2F106210