金涂层硅纳米晶片的力学性能：一项原子尺度研究

金与硅的组合纳米体系因其在不同金属-半导体电子器件和太阳能驱动水解电池中的应用而激发了科学界的巨大兴趣。制备于金层上的硅易于在其表面发生金原子扩散。在本研究中，通过进行分子动力学拉伸和压缩模拟，详细分析了金涂层硅纳米晶片的力学性能。观察了温度、金涂层厚度、应变率以及硅的晶体取向对纳米晶片力学性能的影响。发现极限拉伸和压缩强度均与温度呈反比关系。当沿 [100] 方向加载时，纳米晶片主要因过度剪切而沿 {110} 面滑移失效，而在 300K 时发生混合滑移与裂纹型失效。在拉伸过程中，于最大金层厚度下观察到金层中从 fcc 到 hcp 晶体的有趣晶体学转变。还研究了拉伸和压缩中应变率的影响。最后，改变硅的晶体取向，并研究了金涂层硅纳米晶片的拉压不对称性。在沿 [110] 晶体取向加载的情况下观察到反向拉压不对称性。失效机制揭示，压缩过程中发生了硅的有趣晶体转变，导致材料早期屈服。