Diffusion and segregation in nanonstructures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
38125
Type K
Principal investigator Beke, Dezső
Title in Hungarian Diffúzió és szegregáció nanoszerkezetekben
Title in English Diffusion and segregation in nanonstructures
Panel Physics
Department or equivalent Department of Solid State Physics (University of Debrecen)
Participants Cserháti, Csaba
Erdélyi, Gábor
Erdélyi, Zoltán
Kis-Varga, Miklós
Sulyok, Attila
Szabó, Sándor
Starting date 2002-01-01
Closing date 2005-12-31
Funding (in million HUF) 17.800
FTE (full time equivalent) 0.00
state closed project





 

Final report

  
Results in Hungarian
Szimulációkból, majd kísérletileg is megmutattuk, hogy ha a diffúziós együttható erősen függ a koncentrációtól, akkor az eredetileg éles határfelület lineárisan (nem parabolikusan, ahogyan azt a klasszikus Fick I. egyenletből várnánk) tolódik el nanoskálán fázisszeparálódó (Ni-Au) rendszerben, sőt eredetileg elmosódott határfelület kiélesedhet még ideális (korlátlan kölcsönös oldhatóságú) szilárd rendszerekben is (pl. Mo-V rendszer). Szimulációkból ugyancsak megmutattuk, hogy a kiélesedés akkor is végbemegy, ha a diffúziós feszültségek hatását figyelembe vesszük. Megmutattuk, hogy a nanoskálán végtelen gyors kinetikát jósoló jól ismert diffúziós paradoxon feloldható: egy kezdeti éles koncentrációprofil esetén a határfelület véges diffúziós permeabilitása határozza meg az áramot, amely kezdetben jó közelítéssel állandó és ez lineáris kinetikához vezethet. A fenti eredmények a nanoskálájú szilárdtest reakciók értelmezésében fontosak lehetnek. Az irodalomban korábban közölt, túl egyszerűsített, egyenletnél általánosabbat adtunk meg a szegregáció által stabilizált szemcseméret hőmérsékletfüggésére és ennek érvényességét a rendelkezésre álló adatokból igazoltuk.
Results in English
It has been shown, both from simulation and experiments, that – if the diffusion coefficient has strong composition dependence – an initially sharp interface shifts linearly (not by a parabolic law, expected from the classical Fick I. equation) on nanoscale, and an initially diffuse interface can become sharper even in ideal (mutually completely soluble) systems (e.g. Mo/V system). It was also obtained from simulations that this sharpening takes place even if the effect of stresses, of diffusional origin, is taken into account. We have shown that the well-known diffusion paradox, predicting infinitely fast kinetics at the nanoscale, can be resolved: for an initially abrupt composition profile the flux crossing the interface is determined by the finite diffusion permeability of the interface. This is, in a good approximation, is constant at the beginning and this leads to a linear kinetics. These results can be important in the interpretation of solid state reaction on the nanoscale. General (more general than the oversimplified one published in the literature recently) relation between the segregation stabilized grain size and the temperature was derived and its validity is confirmed on the basis of available experimental data.
Full text http://real.mtak.hu/487/
Decision
Yes





 

List of publications

  
K. Kapta, A. Csik, L. Daróczi, Z. Papp, D.L. Beke, G.A. Langer, A.L. Greer, Y.H. Barber, M. Kis-Varga: Degradation of Ag/Si multilayers during heat treatments, Vacuum 72: 85-89, 2004
M. Malyovanik, S. Ivan, A. Csik, G.A. Langer, D.L. Beke: Laser-induced optical changes in amorphous multilayers, Journal of appl. Phys. 93/1: 139-142, 2003
Beke, D.L., Szabó, I., Langer, G., Erdélyi, Z., Cserháti, Cs., Daróczi, L.: Diffúzió nanoskálán, Magyar Tudomány 9: 1130-1137, 2003
Z. Erdélyi, D.L. Beke: Importance of the proper choice of transition rates in kinetic simulations of dynamic processes, Phys. Rev. B 70, 245428-1-6, 2004
D.L. Beke, I.A. Szabó, Z. Erdélyi, G. Opposits: Diffusion-induced stresses and their relaxation, Materials Science and Engineering A 387-389, 4-10, 2004
D.L. Beke, C. Cserháti, I.A. Szabó: Segregation inhibited grain coarsening in nanocrystalline alloys, J. of Applied Physics 95/9, 4996-5001, 2004
Z. Erdélyi, M. Sladecek, L-M. Stadler, I. Zizak, G. A. Langer, M. Kis-Varga, D. L. Beke, B. Sepiol: Transient interface sharpening in miscible alloys., Science 306, 1913-1915, 2004
Z. Erdélyi, G.L. Katona, D.L. Beke: Nonparabolic nanoscale shift of phase boundaries in binary systems with restricted solubility, Phys. Rev. B 69, 113407-1 - 4, 2004
D.L. Beke, Z. Erdélyi, I.A. Szabó, G.A. Langer, G.L. Katona, C. Cserháti: Diffusion in Nanoscale, Archives of Metallurgy and Materials 49/2, 219, 2004
M. Kis-Varga, D.L. Beke, A, Csik: Influence of milling conditions on the segregation-induced instability of Pd3Zr, Journal of Material Science 39, 5185-5188, 2004
G. Erdélyi, G. Langer, J. Nyéki, L. Kövér, C. Tomastik, W.S.M. Werner, A. Csik. H. Stoeri, D.L. Beke: Investigation of Ta grain boundary diffusion in copper by means of auger electron spectroscopy, Thin Solid Films 459, 303-307, 2004
G. Erdélyi, D.L. Beke, I.A. Szabó: Study of phenomena occuring at solid/solid interfaces, Elsevier Ltd. 2004. pp. 163-214., 2004
G.L. Katona, Z. Erdélyi, D.L. Beke, Ch. Dietrich, F. Weigl, H.-G. Boyen, B. Koslowski, P. Ziemann: Experimental evidence for a nonparabolic interface shift ont he nanoscale during the dissolution of Ni into bulk Au(111), Phys. Rev. B 71: 115432-1 - 5, 2005
D.L. Beke, Z. Erdélyi, G.A. Langer, A. Csik, G.L. Katona: Diffusion in nanometer-scale, Vacuum 80: 87-91, 2005
A. Csik, G. Erdélyi, G.A. Langer, L. Daróczi, D.L., Beke, J. Nyéki, Z. Erdélyi: Pattern formation in SiSb system, Vacuum 80: 168-173, 2005
Z. Erdélyi, G.L. Katona, D.L. Beke: Surfactant-like dissolution of a thin deposit for composition dependent diffusion coefficient, Defect and Diffusion Forum 249: 119-126, 2006
D.L. Beke, Z. Erdélyi, I.A. Szabó, G.A. Langer, G. Katona, C. Cserháti: Non-linear effects in diffusion on nanoscale, Defect and Diffusion Forum 237-240: 1031-1042, 2005
G.L. Katona, Z. Erdélyi, Ch. Dietrich, F. Weigl, H.G. Boyen, B. Koslowski, P. Ziemann, D.L. Beke: Non-parabolic shift of phase boundaries on nanoscale in binary systems, Defect and Diffusion Forum 237-240: 1213-1221, 2005
J. Nyéki, C. Girardeaux, Z. Erdélyi, A. Csik, L. Daróczi, G. A. Langer, D.L. Beke, A. Roland, J. Bernardini and G. Erdélyi: Sb diffusion and segragation in amorphous Si thin films,, Defect and Diffusion Forum 237-240: 1246-1251, 2005
D.L. Beke (kötetszerkesztő): Nanodiffusion. Diffusion in Nanostructured Materials, Trans Tech Publications LTD, Switzerland, Germany, UK, USA, 2004
Z, Erdélyi, I.A. Szabó, D.L. Beke: Interface Shapening instead of Broadening by Diffusion in Ideal Binary Alloys, Phys. Rev. Letters 89/16: 165901-1 - 4, 2002
Z. Papp, A. Csik, G. Erdélyi, G.A. Langer, D.L. Beke, L. Daróczi, A. Simon, K. Kapta: Effect of hydrostatic pressure on crystallization and decomposition in amorphous Si/SiSb/Si system, Vacuum 71: 273-277, 2003
Z. Erdélyi, D.L. Beke: Stress effects on diffusional interface sharpening in ideal binary alloys, Phys. Rev. B 68: 092102-1 - 4, 2003
Z. Erdélyi, D.L. Beke, Cs. Cserháti, I.A. Szabó: Kinetics of Surface Segregation and Phase Separation in Nanostructures, Defect and Diffusion Forum 216-217: 293-298, 2003
Z. Papp, D.L. Beke, G.L. Katona, G.A. Langer: Effects of Gradient Energy and Stress Terms in Diffusional Intermixing of Multilayers, Defect and Diffusion Forum 216-217: 1-12, 2003
J. Bernardini, D.L. Beke: Diffusion in nanomaterials, Nanocrystalline materials properties and applications, Eds: P. Knauth, J. Schoonman, Kluwer academic Publ. Boston, 2002
Z. Erdélyi, H. Bakker, D.L. Beke: Kinetic of surface segregation and spinodal decomposition in thin-films - generalization of Martin's model for vacancy mechanism, Acta Univ. Debreceniensis 34-35: 321-337, 2002
S.I. Sidorenko, D.L. Beke, A.A. Kikineshi: Materials Science of Nanoscrtuctures, Kiyv, Naukova Dumka, 2002
Z. Erdélyi, D.L. Beke: On The ''rationalisation'' of Fick1s first law, Scripta Materialia 49: 613-617, 2003
D.L. Beke, Z. Erdélyi, I.A. Szabó, Cs.Cserháti: Nanoscale effects in diffusion in "Nanodiffusion (ed.: Beke D.L.), J. of Metastable and Nanocrystalline Mat. 19: 107-128, 2004
D.L. Beke, Z. Erdélyi: Parabolic vs linear interface shift on the nanoscale, J. of Phase Equilibria and Diffusion 26/5: 423-429, 2005
D.L. Beke, Z. Erdélyi: Diffusion under large driving forces, Defect and Diffusion Forum 249: 119-126 (2006, 2005
D.L. Beke, Z. Erdélyi: Resolution of the diffusional paradox predicting infinitely fast kinetics on the nanoscale, Phys. Rev. B 73: 035426-1 - 7, 2006



Back »