プラズマプロセッシングにおける非平衡希薄気体流れ

等离子体处理中的非平衡稀气流

基本信息

批准号：
01J06107
负责人：
山口浩樹
金额：
$ 1.92万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J06107/
关键词：
表面反応分子線散乱実験量子分子動力学法

项目摘要

気体-固体界面における分子・原子の挙動を分子線散乱実験及び量子分子動力学数値計算により解析することを目的として研究を行った.まず,超高真空下で行われる分子線散乱実験において,時間測定精度の向上のため,分子線源周りの時間測定部の改良を行った.これにより,時間測定による誤差が定量的に評価できるようになった.また,二原子分子気体である窒素の散乱分布の計測を,入射分子の速度ベクトルと表面の法線ベクトルが作る平面内のIn-planeのみならずそれ以外の面内であるOut-of-planeに対しても行った.そして,ヘリウムでシードすることにより流速が上がることの効果や表面温度の影響,入射角による影響を解析した.その結果,理論から予測される流速がほぼ得られており,測定の信頼性の向上が確認できた.数値計算に関しては,まず,量子分子動力学法による解析結果をマクロスケールの流動解析に用いることを考え,気体分子間の振動緩和/励起衝突断面積に対するモデル化を行った.その結果モデルが非常に良く量子分子動力学法による解析結果を再現することが確認でき,マクロスケールの解析において,計算負荷をかけることなく,詳細な物理に基づいた解析をできるようになった.更に,気体-固体界面における分子・原子の挙動を解析するために,固体分子を古典的に取り扱い,気体分子の振動運動のみを量子力学により解析する二原子分子の量子分子動力学法の手法を確立した.そして,その手法の検証及び計算条件などの検討を行い,マクロスケールの流動解析に適用可能なモデルの構築に対する準備を行った.

本研究的目的是利用分子束散射实验和量子分子动力学数值计算来分析分子和原子在气固界面处的行为。首先，在超高真空下进行的分子束散射实验中，时间为了提高测量精度方面，我们改进了分子束源周围的时间测量单元。这使得定量评估时间测量引起的误差成为可能。不仅在由入射分子的速度矢量和表面法线矢量形成的平面内测量散射分布，而且在其他平面中测量面外散射分布，我们分析了通过播种增加流速的效果。与氦气、表面温度的影响以及入射角的影响，基本得到了理论预测的流速，提高了测量的可靠性。关于数值计算，我们首先考虑使用量子分子动力学方法的分析结果进行宏观流动分析，并对气体分子之间的振动弛豫/激发碰撞截面进行建模，结果证实了该模型的正确性。很好地再现了量子分子动力学方法获得的分析结果，并且可以用于基于详细物理的宏观尺度分析，而无需施加计算负担。此外，为了分析气固界面处分子和原子的行为，我们开发了一种二原子模型，该模型以经典方式处理固体分子，并利用量子力学仅分析气体分子的振动运动。然后我们验证了该方法并检查了计算条件，为构建可应用于宏观流动分析的模型做好了准备。