Effect of size distribution, skewness and roughness on the optical properties of colloidal plasmonic nanoparticles
普遍接受的观点是，粒径分布强烈影响胶体等离子体纳米颗粒的光谱。它经常被引用的主要原因之一，而解释的理论和实验光谱的纳米粒子之间的不匹配。在这项工作中，这些方面进行了严格的分析，通过自下而上的统计方法，认为变量，如平均值，标准偏差和偏度的纳米颗粒尺寸分布相互独立。通过假设粒径分布为正态分布和对数正态分布，研究了统计参数对胶体纳米粒子Mie分析光谱的影响。形态的影响也进行了数值研究，以了解它可以发挥作用的程度。我们发现，颗粒的多分散性、偏斜度和表面形态实际上仅微弱地影响光谱。然而，关于纳米颗粒的结晶度的合适的光学常数的选择对于在光谱的理论模拟中正确预测等离子体激元带位置和等离子体激元带宽是更有影响力的因素。结果表明，平均粒径可以正确地估计直接从等离子体激元带的位置，因为它是平均值，确定的共振波长。另一方面，标准偏差可以根据从动态光散射实验获得的强度分布数据来估计。本文报道的结果明确了胶体等离子体纳米颗粒的粒度分布和光学响应的模糊性。
2022-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hall effect in viscous flows of two-dimensional electrons in samples with edges of arbitrary roughness
Ioffe Institute（约费研究所）
本文建立含任意粗糙度边缘的低缺陷二维电子样品的流体动力学磁输运理论，发现霍尔电阻随磁场的极小值特性可用于识别电子输运的流体动力学 regime 并确定边缘粗糙度等参数。
2026-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Monte Carlo simulations of liquid crystals near rough walls
用蒙特卡罗模拟研究了表面粗糙度对近固体基底液晶流体结构的影响。液晶被建模为软椭球体分子的流体，并且基板被建模为排除流体分子的质心的硬壁。表面粗糙度是通过在壁内嵌入具有随机位置和取向的许多分子来引入的。结果表明，随着壁面粗糙度的增加（即嵌入分子的数量增加），壁面附近的密度和有序度降低。从倒易空间顺序张量的波动确定的阻尼系数。结果发现，锚定强度随表面粗糙度的增加而降低。
2005-01-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Plastic deformation of rough metallic surfaces
我们目前的实验和理论结果的塑性变形金属（铝）块的表面形貌。当一个表面光滑的硬球体（这里是一个钢球、石英玻璃球或氮化硅球）压入一个表面平坦但仍然粗糙的金属块时，由于塑性流动，会产生一个球杯状的压痕。然而，凹进区域中的表面粗糙度并不完全平坦。粗糙度的长波长（宏观粗糙）含量是由原始（铝）表面上的粗糙度引起的，但是现在塑性变形。在塑性变形的宏观粗糙接触区，短尺度的粗糙度是由硬球表面的粗糙度和不均匀的塑性流动引起的。我们使用边界元法，结合一个简单的数值计算过程，考虑到塑性流动的接触力学模型。该理论可以半定量地描述塑性流动对粗糙度的修正。由于在大多数情况下，金属密封的流体泄漏是由长波长粗糙度，我们预测，泄漏可以估计的基础上，这里采用的弹塑性接触力学模型。某些玻璃态聚合物表面的塑性形变与我们观察到的铝表面的塑性变形有很大不同，我们将其归因于强的加工硬化和聚合物的不均匀塑性流动。因此，这里提出的计算塑性流动的数值方法不能应用于一般的玻璃态聚合物。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
In situ atomic force microscopy depth-corrected 3-dimensional focused ion beam based time-of-flight secondary ion mass spectroscopy: spatial resolution, surface roughness, oxidation
原子力显微镜（AFM）是一种用于研究表面粗糙度和收集关于样品顶部原子层特征的深度信息的公知工具。通过将二次离子质谱（SIMS）与扫描电子显微镜（SEM）中的聚焦离子束（FIB）铣削相结合，可以可视化溅射结构的化学信息并以高的横向和深度分辨率定位。在本文中，一个高真空（HV）兼容的原子力显微镜已安装在TESCAN FIB扫描电镜仪器，配备了飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）检测器。为了研究由ToF-SIMS溅射引起的凹坑的深度，随后在多层垂直腔面发射激光器（VCSEL）样品上进行AFM测量。表面粗糙度和铣削深度用于辅助溅射体积的化学组成的精确3D重建。分析了溅射过程中的分辨率、表面粗糙度和表面氧化问题。因此，互补检测器的集成开启了确定样品特性以及理解分析方法在分析期间对样品表面的影响的能力。
2020-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
When are rough surfaces sticky?
在分子尺度上，表面之间存在强烈的吸引相互作用，但很少有宏观表面是粘性的。广泛的模拟接触的粘合剂表面的粗糙度在纳米到微米尺度上被用来确定粗糙度如何减少原子接触的区域，从而削弱粘附力。材料特性、粘合强度和粗糙度参数按数量级变化。在所有情况下，原子接触面积与负载呈线性上升，并且对于弱相互作用，前因子与粘合强度呈线性上升。在阈值粘合强度以上，前因子改变符号，表面变粘并且需要有限的力来分离它们。一个无参数的分析理论，描述了这些数值结果的变化超过五个数量级的负载。它将阈值强度与粗糙度和材料性质联系起来，解释了为什么大多数宏观表面不粘。数值结果是定性和定量的不一致与经典理论的基础上的Greenwood-Williamson方法，忽略了范围内的粘附力，不包括粗糙的相互作用。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Domain wall pinning and interaction in rough cylindrical nanowires
研究了具有粗糙表面的圆柱形纳米线中磁畴壁（DW）对之间的相互作用和径向压缩钉扎。有人发现，径向收缩创建一个对称的钉扎势阱，与变化的斜率时，DW是位于缺口外。表面变形引起的钉扎电位以及动态钉扎的不对称性。畴壁的退钉扎场一般随表面粗糙度的增加而减小。钉扎在径向收缩处的DW为平行线中的自由DW创建钉扎势阱。我们确定，被困绑定DW状态出现以上的脱钉阈值和表面粗糙度有利于被困绑定DW状态在平行线。
2015-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface roughness analysis of the hydrophilic SiO_2/TiO_2 nano bi-layers by Level crossing approach
利用原子力显微镜（AFM）和基于水平交叉分析的随机方法研究了刻蚀时间对SiO_2/TiO_2/Glass纳米双层膜亲水表面统计特性的影响。采用26%的氢氧化钾（KOH）溶液对亲水性SiO_2/TiO_2纳米双层体系进行了粗糙化处理。通过测量平均表观接触角来评估亲水性的程度，并确定最佳条件为10 min蚀刻时间。基于AF图像的水平交叉分析提供了对表面形貌微观细节的更深入了解。对于不同的刻蚀时间，访问正斜率高度的平均频率在接近平均值的高度上服从高斯分布，在远离平均值的高度上服从幂律分布。最后，应用正斜率的广义总交叉数，发现表面的高高度和深谷对SiO_2/TiO_2/Glass纳米双层体系的亲水性都是非常有效的。
2013-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic super-attenuation of capillary waves on driven glass interfaces
计量AFM测量上进行的光子带隙光纤和空心毛细管的二氧化硅玻璃界面。在绘制过程中的衰减的平衡毛细波的冻结示出，导致在减少的表面粗糙度。相对于预期的机械极限的粗糙度衰减被确定为随拉伸应力遵循幂律而变化。观察到高度相关性的显著各向异性特征：玻璃表面因此保留了液体所提交的流动方向的结构记录。
2017-06-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Surface Roughness and New Type of Size Effect in Quantized Films
讨论了随机表面粗糙度对薄膜量子尺寸效应的影响。量子化的金属薄膜的导电性进行了分析，不同类型的实验确定的关联函数的表面不均匀性，包括高斯，指数，幂律衰减器，和衰减器的功率密度谱函数。研究了电导率$σ$与薄膜厚度L、非均匀性关联半径R和费米子密度的关系。我们的目标是帮助提取表面参数从运输测量和运输理论，以确定正确的表面相关器的选择的重要性。预测了具有大随机表面散射相关半径的量子化薄膜的一种新的尺寸效应。当功率谱为高斯型和指数型时，薄膜具有量子尺寸效应;当功率谱衰减较缓时，薄膜表现出通常的量子尺寸效应。电导率$% σ$随沟道宽度L或费米子密度的变化表现出明显的振荡，随相关半径R的变化表现出较大的阶跃。这些振荡和步骤进行了解释，并确定其位置。这种现象，这是让人想起磁突破，可以允许直接观察纳米尺度的金属薄膜的导电性的量子尺寸效应。具有几乎普遍的输运行为的唯一区域是粒子波长接近表面不均匀性的相关半径的区域。
2002-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling Behavior of Cyclical Surface Growth
循环表面生长（例如沉积/脱附）的标度行为，与周期数n，进行了研究。由两个线性主过程生长的表面粗糙度遵循的标度行为与渐近指数继承的主导过程，而有效振幅由两者。主要过程中的相关非线性效应可能会保持不变或变得无关紧要。几对通用的主要过程的数值模拟证实了这些结论。银的循环电沉积/溶解过程中的表面粗糙度的实验结果表明，幂律依赖于n，与缩放描述一致。
1999-10-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantum transport in mesoscopic $^3$He films: experimental study of the interference of bulk and boundary scattering
在理论预测的框架下，讨论了简并费米液体$^3$ He膜在粗糙表面上的质量输运，以及膜的动量弛豫时间。在介观体系中，弛豫时间的反常温度依赖性被解释为薄膜内的弹性边界散射和非弹性准粒子-准粒子散射之间的干涉。我们利用准经典处理的量子尺寸效应的薄膜中的表面粗糙度，其功率谱是实验确定的，被映射到一个有效的无序势均匀厚度的薄膜内。通过在膜内引入弹性散射中心来提供确认。我们模型进一步研究$^3$他限制在纳米流体样品室光刻定义的表面粗糙度。对表面粗糙度散射的进一步理解可能会对提高金属薄膜的导电性产生影响。
2011-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Rolling, sliding & torsion of micron-sized silica particles - Experimental, numerical and theoretical analysis
使用nanoindenter设置，允许正常和横向位移控制和测量各自的力的个别，非常小的颗粒与其他颗粒和壁的接触力学进行了研究。使用硼硅酸盐微球测试滑动、滚动和扭转力和扭矩，其特征在于半径约为10 $μ$ m。接触是与不同粗糙度的平面硅基板的纯滑动和滚动，并与硅基，离子束制作的轨道系统的组合滚动和扭转。实验结果进行了讨论，并比较各种分析预测和接触模型，允许两个并发的解释的表面粗糙度，塑性和粘附力的影响。这使我们能够确定滚动和扭转摩擦系数以及它们相关的长度尺度。有趣的是，即使正常接触表现为弹性（赫兹），所有其他模式的运动显示效果，由于表面粗糙度和随之而来的塑性形变。粘附的影响被解释在不同的模型的框架中，并且对于不同的自由度是非常不同的，对于滚动是最大的。
2014-01-12 cond-mat.mtrl-sci
Ehrlich-Schwoebel Effect on the Growth Dynamics of GaAs(111)A surfaces
我们详细描述了Ga（Al）As（111）A表面的生长动力学。我们开发了一个理论生长模型，很好地描述了所观察到的行为的生长参数，并强调作为主导因素，决定的增长动力学的Ehrlich-Schwoebel障碍。在此基础上，我们分析了导致这种表面取向上观察到的巨大粗糙度的因素，并确定了驱动Ga（Al）As（111）A向原子级平坦表面典型三维生长的生长条件。GaAs/AlGaAs量子阱实现优化的表面（<0.2 nm粗糙度）显示出创纪录的低发射线宽为4.5 meV。
2017-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Chemical aging of large-scale randomly rough frictional contacts
它已被证明，接触老化由于化学反应在单一的粗糙接触可以有一个显着的影响摩擦。然而，目前尚不清楚化学诱导接触老化的摩擦取决于粗糙度，通常遇到宏观粗糙接触。在这里，我们开发了一种方法，将一个动力学蒙特卡罗模型的化学老化与接触力学模型的粗糙表面的基础上的边界元法，以确定在二氧化硅/二氧化硅接触的随机粗糙度的化学老化的幅度。我们的多尺度模型预测，随机粗糙接触的化学老化具有对数依赖于时间。它还表明，摩擦老化开关从线性到非线性依赖于所施加的负载，随着负载的增加。我们发现，表面粗糙度影响老化行为主要是通过修改的真实接触面积和局部接触压力，而接触形态的影响相对较小。我们的研究结果表明，如何理解化学老化可以从单一的粗糙接触的研究，宏观粗糙的接触。
2018-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Scattering of ultracold neutrons from rough surfaces of metal foils
超冷中子（UCN）金属箔的透明性在未来高密度UCN源的设计中起着重要作用，这将为许多基础物理实验提供支持。在这项工作中，我们描述和讨论的非常慢的中子（UCN和非常冷的中子）通过铝箔的Al，Cu和Zr的各种厚度在室温下的准直束的测量传输。我们的目标是分离散射和吸收的样品散装表面散射，并量化的表面的贡献。我们能够证明，这些箔的表面粗糙度引起的UCN散射的一个显着的分数。从UCN测量中提取的表面粗糙度参数$b$被证明是由原子力显微镜确定的表面参数相同的数量级。它们的厚度在几百埃左右。使用这里开发的形式主义，从以前的中子光学实验的透射数据进行重新分析，并提取其表面粗糙度参数$b$。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
Optimizing phonon scattering by tuning surface-interdiffusion-driven intermixing to break the random-alloy limit of thermal conductivity
利用非平衡分子动力学模拟结合光谱热流计算，研究了超晶格（SL）的跨面热导率$κ$随界面从完全突变到完全混合的演化.我们强调的作用，表面相互扩散驱动的混合通过计算的$κ$ SL与变化的界面粗糙度，其调整允许的$κ$值远低于“合金极限”和突然的界面极限在相同的情况下。不同频率范围内合金和界面散射之间的相互作用为预测热导率的最小值提供了物理基础。更具体地说，我们还探讨了界面粗糙度如何影响SL材料的热导率具有广泛的原子质量和键强度的跨度。特别地，我们发现：（i）只有当SL的“间隔物”厚度增加到临界值时，粗糙SL的$κ$才能突破相应的“合金极限”。(ii)$κ$是否随界面粗糙度单调变化，在很大程度上取决于SL材料的声子输运周期长度和本征行为。特别地，对于大周期的SL，存在一个最佳的界面粗糙度，使热导率最小。(iii)表面相互扩散驱动的混合是更有效地实现低$κ$低于合金极限的SL材料与大的质量失配比小。(iv)对于具有大晶格失配的SL材料（即，结合强度）来设计具有远低于“合金极限”的$κ$的理想突变界面结构。这些结果对优化热传输的热管理和热电材料的发展具有明确的意义。
2019-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Accurate evaluation of the fractal dimension based on a single morphological image
分形维数（D）是表征物理气相沉积薄膜中常见的自仿射表面不规则性和破碎性的有效参数。D可以通过使用原子力显微镜（AFM）测量表面粗糙度的缩放性能来评估，但需要大量不同尺度（L）的AFM图像。在这项研究中，表面粗糙度预测（SRP）的方法，提出了一个单一的AFM图像的D值，其中在较小的L的粗糙度估计与平坦化修改的图像分割。首先，利用Weierstrass-Mandelbrot（W-M）函数生成了一系列理想维数（Di）在2.1 ~ 2.9之间的人工分形曲面，并将SRP方法与传统的盒计数法、功率谱密度法等方法进行了比较。SRP法计算的尺寸Dc比其他方法更接近Di，平均相对误差仅为0.64%。其次，利用SRP方法对L为1-70 μm的非晶氧化铝薄膜的AFM图像进行处理。在10 μm以上的L处，SRP方法得到的Dc值与我们以前的多图像分析结果也很接近，而在较小的L处得到的较大的Dc值与实际表面特征相吻合。讨论了SRP方法的有效性和真实曲面的物理本质，有助于加深对分形几何的理解。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Comprehensive topography characterization of polycrystalline diamond coatings
金刚石涂层的表面形貌强烈地影响表面特性，如粘附、摩擦、磨损和生物相容性。然而，传统的测量方法只捕获单一的长度尺度，这阻碍了对多尺度形貌及其对性质的影响的理解。在这里，四种不同的多晶金刚石涂层的特点是使用透射电子显微镜，以评估粗糙度下降到亚纳米级。然后，这些测量相结合，使用功率谱密度（PSD），与传统的方法（触针轮廓术和原子力显微镜）来表征所有尺度的地形。结果表明，在所有长度尺度上测量地形的至关重要性，特别是因为它们的PSD彼此交叉，使得在较大尺度上较粗糙的表面在较小尺度上可能较光滑，反之亦然。此外，这些测量揭示了多尺度形貌和晶粒尺寸之间的联系，在平均晶粒尺寸和略低于平均晶粒尺寸处具有特征标度行为，并且在其他长度尺度处具有自仿射分形粗糙度。在小（亚晶粒）尺度下，未抛光表面表现出一种常见的残余粗糙度形式，这种形式本质上是自仿射的，但难以用传统方法检测。这种从原子尺度到宏观尺度捕获形貌的方法被称为综合形貌表征，并且来自这些表面的所有形貌数据都可用于实验学家和理论家的进一步分析。科学上，这项调查已经确定了四个特征区域的地形缩放多晶金刚石材料。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Snap-through instability of graphene on substrates
我们确定的石墨烯形态与人字形和棋盘格表面波纹基板调节。随着石墨烯/基底界面结合能和基底表面粗糙度的变化，石墨烯形态在两种不同状态之间突变：1）紧密贴合基底和2）在基底上保持几乎平坦。石墨烯的这种突穿不稳定性可以潜在地导致期望的电子性质以实现基于石墨烯的器件。
2009-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
