[发明专利]分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法及系统

权利要求书

1.一种分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1，基于分子动力学模拟软件建立Al和O₂反应的初始模型，具体包括：

采用X、Y方向周期性边界条件和Z方向固定边界条件，建立Al模型；首先赋予Al原子质量和初始温度，采用ReaxFF势函数描述Al与Al之间的相互作用，设置Al模型处于目标反应温度，选择系综为NPT；然后在Al原子的上方创建空白区域，随机放置O₂分子，使最下层O和最上层Al之间间距设置为

步骤2，对步骤1中所建立的模型进行初始化；

步骤3，对步骤2初始化后的模型进行动力学保温弛豫，得到Al和O₂充分反应的氧化铝模型；

步骤4，对步骤3得到的氧化铝模型进行动力学降温，得到热噪声干扰最小的氧化铝模型所对应的dump文件；

步骤5，通过开源可视化软件对步骤4得到的dump文件数据进行读取，去除未成键的原子，获得新的dump文件；

步骤6，通过开源可视化软件中的分析模块，对步骤5新的dump文件中的数据进行Voronoi分析，导出不同工艺参数下的原子坐标、原子类型、原子Id、配位数、原子体积和Voronoi指数至文件；

步骤7，整理文件数据并绘制统计曲线，得到配位数、原子体积、Voronoi指数与氧化温度、O₂密度、Al基底晶向变化之间的关系图，评价工艺参数对氧化铝薄膜空间结构特征的影响。

2.根据权利要求1所述的分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，所述分子动力学模拟软件采用LAMMPS软件。

3.根据权利要求1所述的分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，所述步骤2的初始化过程如下：

赋予O原子质量和初始温度，采用ReaxFF势函数描述Al与O、O与O之间的相互作用。

4.根据权利要求3所述的分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，所述步骤1和步骤2采用ReaxFF势函数描述Al与Al、Al与O、O与O之间的相互作用，具体表达式为：

E_system＝E_bond+E_over+E_under+E_lp+E_val+E_tors+E_vdWaals+E_Coulomb

其中，E_bond，E_val，E_tors是依赖于键级的价键相互作用，E_vdWaals是分子间作用势，E_Coulomb是静电相互作用，其余的为修正项。

5.根据权利要求1所述的分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

将Al基底底部的3层原子的自由度、速度和受力均设置为0，同时使Al和O₂反应的整个系统保持在步骤1设置的目标反应温度；在保温状态下，每隔固定时间步设定一个状态点，利用in文件中的thermo命令实时输出每一个状态点下系统的温度、压强、体积、内能、动能、总能量和时间进度，信息自动记录在log文件；利用in文件中的dump命令，输出每一个状态点下系统中所有原子的坐标和速度，分别保存至dump文件中。

6.根据权利要求1所述的分子动力学模拟氧化铝薄膜空间结构特征的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

设置降温初始温度为步骤1设置的目标反应温度，终止温度为小于等于298K，降温速率由降温过程总时间步决定；同时，每隔固定时间步设定一个状态点，利用in文件中的thermo命令实时输出每一个状态点下系统的温度、压强、体积、内能、动能、总能量和时间进度，信息自动记录在log文件；利用in文件中的dump命令，输出每一个状态点下系统中所有原子的坐标和速度，分别保存至dump文件中。