Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Apresenta-se uma abordagemnumérica para ummodelo que descreve a formação
de padrões por sputtering iônico na superfície de ummaterial. Esse processo é responsável
pela formação de padrões inesperadamente organizados, como ondulações, nanopontos e
filas hexagonais de nanoburacos. Uma análise numérica de padrões preexistentes é proposta
para investigar a dinâmica na superfície, baseada em ummodelo resumido em uma equação
anisotrópica amortecida de Kuramoto-Sivashinsky, em uma superfície bidimensional com
condições de contorno periódicas. Apesar de determinística, seu caráter altamente não-linear
fornece uma rica gama de resultados, sendo possível descrever acuradamente diferentes
padrões. Umesquema semi implícito de diferenças finitas com fatoração no tempo é aplicado
na discretização da equação governante. Simulações foram realizadas com coeficientes
realísticos relacionados aos parâmetros físicos (anisotropias, orientação do feixe, difusão). A
estabilidade do esquema numérico foi analisada por testes de passo de tempo e espaçamento
de malha, enquanto a verificação do mesmo foi realizada pelo Método das Soluções Manufaturadas.
Ondulações e padrões hexagonais foram obtidos a partir de condições iniciais
monomodais para determinados valores do coeficiente de amortecimento, enquanto caos
espaço-temporal apareceu para valores inferiores. Os efeitos anisotrópicos na formação de
padrões foramestudados, variando o ângulo de incidência. / A numerical approach is presented for amodel describing the pattern formation by ion
beam sputtering on a material surface. This process is responsible for the appearance of unexpectedly
organized patterns, such as ripples, nanodots, and hexagonal arrays of nanoholes.
A numerical analysis of preexisting patterns is proposed to investigate surface dynamics,
based on a model resumed in an anisotropic damped Kuramoto-Sivashinsky equation, in a
two dimensional surface with periodic boundary conditions. While deterministic, its highly
nonlinear character gives a rich range of results, making it possible to describe accurately
different patterns. A finite-difference semi-implicit time splitting scheme is employed on the
discretization of the governing equation. Simulations were conducted with realistic coefficients
related to physical parameters (anisotropies, beam orientation, diffusion). The stability
of the numerical scheme is analyzed with time step and grid spacing tests for the pattern
evolution, and the Method ofManufactured Solutions has been used to verify the scheme.
Ripples and hexagonal patterns were obtained from amonomodal initial condition for certain
values of the damping coefficient, while spatiotemporal chaos appeared for lower values. The
anisotropy effects on pattern formation were studied, varying the angle of incidence.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:BDTD_UERJ:oai:www.bdtd.uerj.br:6173 |
| Date | 24 July 2015 |
| Creators | Eduardo Vitral Freigedo Rodrigues |
| Contributors | Gustavo Rabello dos Anjos, José da Rocha Miranda Pontes, Norberto Mangiavacchi, Fernando Pereira Duda |
| Publisher | Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UERJ, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, application/pdf, application/pdf, application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro, instacron:UERJ |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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