Maximum N content in a-CNx by ab-initio simulations

Struktury amorfních materiálů CNx byly předpovězeny pomocí extenzivních simulací využívajících ab-initio molekulární dynamiku (více než 800 trajektorií) v širokém rozsahu složení a hustot. Hlavní pozornost byla věnována vytváření molekul N2 s cílem předpovědět a vysvětlit maximální obsah N ve stabilních sítích CNx. Výsledky ukazují, že maximální obsah N je ≈ 42 at. %. Z kinetického hlediska vedou vyšší obsahy N na prudce rostoucí rychlost formování molekul N2 během formování materiálu. Z termodynamického hlediska mohou být vyšší obsahy N v amorfní síti dočasně stabilizovány molekulami N2 sedícími v okolních pórech, ale následná difúze N2 do atmosféry je destabilizuje. Výsledky jsou důležité pro design CNx (a jiných nitridů) pro různé technologické aplikace a cest pro jejich přípravu. Structures of amorphous CNx materials are predicted by extensive ab-initio molecular-dynamics simulations (more than 800 trajectories) in a wide range of compositions and densities. The main attention is paid to the formation of N2 molecules, with the aim to predict and explain the maximum N content in stable CNx networks. The results show that the maximum N content is of ≈ 42 at. %. From the kinetics point of view, higher N contents lead to steeply increasing rate of N2 formation during materials formation. From the thermodynamics point of view, higher N contents in a network may be temporarily stabilized by N2 molecules sitting in voids around the network, but a subsequent N2 diffusion into the atmosphere makes them unstable. The results are important for the design of CNx (and other nitride) materials and pathways for their preparation for various technological applications.