Dinâmica molecular da difusão superficial. I. O movimento de adátomos e aglomerados

O movimento de adátomos isolados e pequenos aglomerados em uma superfície cristalina é investigado por uma técnica de simulação nova e eficiente. A trajetória de cada átomo é calculada por dinâmica molecular, mas a troca de energia cinética com a rede cristalina é incluída por meio de interações com um átomo ''fantasma''. Este átomo representa os átomos de superfície da rede e está sujeito a forças aleatórias e dissipativas que estão relacionadas pelo teorema de flutuação-dissipação. O processo de difusão é caracterizado por medições da função de autocorrelação de velocidade, deslocamento médio quadrático, correlações direcionais entre saltos e o deslocamento médio por salto. Além disso, a taxa de evaporação de adátomos únicos e a taxa de dissociação de aglomerados são discutidas. A difusão de um adátomo isolado é encontrada para ser um pouco mais rápida do que a prevista pela teoria clássica de taxa para um processo ativado. Este efeito é resultado de saltos de difusão de vários diâmetros atômicos que ocorrem preferencialmente a altas temperaturas. Mas o comportamento de Arrhenius é observado em toda a faixa de temperaturas abaixo do ponto de fusão. Dimers e aglomerados maiores se mostram mais lentos na difusão do que átomos individuais, mas com uma menor energia de ativação aparente. Esses resultados não exibem as anomalias de alta temperatura que foram inferidas a partir de alguns dados experimentais sobre transporte de massa na superfície. Em um artigo subsequente, o método é estendido para tratar do transporte de massa na camada de adátomos e aglomerados que resulta de um equilíbrio dinâmico com a fase vapor.