Szimulátor ion-szilárdtest kölcsönhatás viszgálatára.

aSter András, bKótai Endre

aMTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet, 1525 Budapest, pf. 45.
bMTA Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet, 1525 Budapest, pf. 45.

Az anyagtudomány elméletileg és kísérletileg is régóta tanulmányozott területe a felgyorsított ionok anyagokban történő mozgása és lefékeződése. Az ilyen típusú ion-szilárdtest kölcsönhatások ismerete alapvető fontossággal bír többek között a nukleáris fizikában ugyanúgy, mint a modern elektronikai iparban. A probléma elméleti oldalról történő megközelítése olyan ismert fizikusok nevéhez fűződik, mint például Bohr, Bethe, Bloch, vagy napjainkban Ziegler, Biersack és munkatársaik. Gyakorlati szempontból az a kérdés vetődik fel, hogy a több 10-100 KeV-re felgyorsított és valamely céltárgyra irányított ionok hogyan adják le energiájukat a szilárdtestekben, mi lesz azok elrendeződése az anyag belsejében, azt követően, hogy lefékeződnek és megállnak. További részletes tanulmányozás tárgyát képezi az atomok elektromos gerjesztésének és ionizációjának mértéke, az ütközések okozta rácshibák feltérképezése, vagy az anyagban való áthaladás során keltett fononok átlagos számának és energiájának meghatározása. A kérdés lényegében visszavezethető töltött részecskék egymáson történő szóródásának a leírására, figyelembe véve azt a sajátos közeget, amit az atomos anyagszerkezet, valamint az abban jelenlévő elektronplazma jelent. Az elmúlt évtizedek anyagtudományi kutatásai révén ezek az összetett tényezők ma már az eseményeket jó megközelítéssel leíró matematikai formulákban öltenek testet. Az utóbbi időkben a számítógépek teljesítményének növekedése révén az ilyen jellegű folyamatok kielégítő pontossággal előre számíthatókká és tanulmányozhatókká váltak. Ezeket az ion-szilárdtest kölcsönhatást modellező szimulációs programokat hagyományosan TRIM (Transzport of Ions in Matter) szimulátoroknak nevezzük, követve Ziegler és Biersack első ilyen programjának elnevezését, amelynek általuk folyamatosan továbbfejlesztett változata ma is egyik meghatározó eszköze az ion implantációval foglalkozó anyagtudósoknak. Ezzel és más hasonló programokkal szemben is azonban még számos szakmai és technikai jellegű kivánalom merül fel. Ez motiválta a fenti szerzőket arra, hogy egy hazai, korszerű, könnyen fejleszthető, az ion-szilárdtest kölcsönhatások vizsgálatára alkalmas szimulátort hozzanak létre.

A UNIX alapú gépekre, XWINDOWS platformon kifejlesztett program az MTA MFA és RMKI intézeteiben folyó ion implantációs szilárdtestfizikai kutatásokhoz nyújt számítógépes támogatást. Általa nyomonkövethető és elemezhető a belőtt ionok útja egy maximum 3 rétegű, egyenként 7 komponensű amorf anyagban. Igy felhasználható például az okozott ionizáció, az elszenvedett energiaveszteség, a keltett vakanciák és a végső, térbeli eloszlás meghatározására. Korszerű, ablakos, menüs felhasználói felülete biztosítja az események áttekinthető, grafikus megjelenítését, illetve tiltását, opcionális lehetőséget nyújt a kaszkád jellegű folyamatok, azaz a másodlagosan keltett ionok által okozott újabb ütközések és azok következményeinek a számításokban való figyelembe vételére, vagy kihagyására. A tanulmányozni kívánt folyamatok kezdeti feltételei, elsődleges energia, anyagössztétel, stb., menüpaneleken keresztül változtathatóak, a szimuláció ennek megfelelően bármikor leállítható illetve újraindítható. A számítások végeredményei továbbfeldolgozásra alkalmas szöveges file-ba kerülnek kiírásra. A program moduláris szerkezete lehetővé teszi a folyamatosan felmerülő igények, újabb funkciók beépítését, könnyü megvalósíthatóságát. Az XWINDOS operációs rendszer alatt történt fejlesztés pedig lehetőséget nyújt a szimulátor hálózaton keresztül, távoli gépekről történő futtatására, akár több, egyidejű felhasználó esetén is.