شبيه سازي ميدان فاز استحاله فازي كريستال-آمورف آلياژ GST با در نظر گرفتن اثرات مكانيك و جريان ترموالكتريك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

مواد تغييرفازدهنده به‌ويژه آلياژهاي كالكوژن، به دليل ويژگي‌هاي منحصر‌به‌فرد خود، در كاربردهاي مختلفي از جمله فناوري‌هاي حرارتي، الكتريكي و اپتيكي مورد استفاده قرار مي‌گيرند كه نمونه آن آلياژ سه‌گانه GST (تركيب ژرمانيوم، آنتيموان و تلوريوم) به‌عنوان يكي از عناصر اصلي در ساخت حافظه‌هاي تغييرفازدهنده مطرح شده است. ويژگي بارز اين آلياژ توانايي آن در تغيير فوري و برگشت‌پذير ساختار از شكل كريستالي به آمورف و بالعكس است كه باعث جلب توجه پژوهشگران به‌سوي آن گرديده است. در اين تحقيق، مدل ميدان فاز به‌عنوان يك رويكرد نوآورانه به‌ همراه تأثيرات مكانيكي مانند فشار و تنش‌هاي الاستيك و غيرالاستيك براي تحليل رفتار تغيير فاز و بي‌شكلي GST استفاده شده است. در اين پژوهش، انرژي آزاد در مدل‌هاي ميدان فاز براي اين آلياژ در كنار ترم‌هاي اصلي همچون ترم دوچاهه و حرارتي، اثرات مكانيكي و كرنش‌هاي ايجاد شده در فرايند استحاله نيز، بهبود قابل‌توجهي در دقت شبيه‌سازي‌ها، نحوه اعمال ولتاژ و درك پديده‌هاي بي‌شكلي و كريستالي ايجاد مي‌كند. همچنين براي بررسي اثرات ترموالكتريك ناشي از اعمال ولتاژ بر روي نانولايه GST ، علاوه بر معادلات ميدان فاز و الاستيسيته، از معادلات هدايت حرارتي و پواسون براي مدل‌سازي تأثيرات ترموالكتريك استفاده مي‌شود. به كمك اين روش، نحوه تغييرات دما و به‌تبع آن استحاله كريستالي و بي‌شكل‌شدن در برابر ولتاژ به‌دقت تحليل شده و ولتاژ بحراني براي پديده كريستالي شدن براي ضخامت‌هاي مختلف 10، 25، 50، 75 و 100 نانومتر و زمان پالس الكتريكي 10، 25، 50، 80 و 100 نانوثانيه تعيين گرديد. ولتاژ بحراني ولتاژي است كه با اعمال‌كردن ولتاژي بالاتر از آن دماي نمونه بالاتر از دماي ذوب رفته و استحاله معكوس رخ مي‌دهد. از نتايج مهم مي‌توان به استخراج نحوه تغييرات ولتاژ بحراني برحسب زمان پالس اشاره نمود كه روندي معكوس را به‌ازاي هر ضخامت نشان مي‌دهد. همچنين به‌ازاي زمان پالس ثابت، نحوه تغييرات ولتاژ بحراني برحسب ضخامت نيز استخراج شده است بيانگر رابطه خطي افزايشي بين ولتاژ بحراني و ضخامت است كه نرخ تغييرات ولتاژ بحراني برحسب ضخامت با افزايش زمان پالس به‌صورت غيرخطي كاهش مي‌يابد. تغييرات ميدان‌هاي توزيع فاز، دما، ولتاژ و تنش براي ضخامت‌هاي مختلف استخراج شده است و نتايج آن با يكديگر مقايسه گرديد. همچنين مشخص گرديد كه نرخ رشد كريستال مستقل از ضخامت است و وابسته به زمان پالس است. مطالعه مش بر اساس چهار پارامتر مهم ماكزيمم تنش، درصد حجمي كريستال، ضخامت صفحه مشترك و ماكزيمم دما براي استحصال نتايج مستقل از مش‌بندي نيز صورت گرفته است. همچنين پروفيل صفحه مشترك فازي كريستال-آمورف با نتايج تحليلي صحت‌سنجي شده است. اين رويكرد جديد با تركيب مدل ميدان فاز و لحاظ كردن اثرات مكانيكي و ترموالكتريكي، مي‌تواند به درك عميق‌تري از رفتار آلياژهاي تغييرفازدهنده منجر شده و پيشرفت‌هاي قابل‌توجهي را در توسعه فناوري‌هاي جديد ايجاد كند.

236118

طراحي كاربردي (جامدات)

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان