Модель клеточных автоматов для описания процесса свободной диффузии ростового вещества во время начальной стадии образования нитевидных нанокристаллов
DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-4-72-84
☷
- О ТУСУРе
- Абитуриентам
-
Студентам
- Первокурсникам
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Групповое проектное обучение
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Клубы по интересам
- Спорт в ТУСУРе
- Профком студентов
- Содействие трудоустройству
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Поддержка студенческих семей
- Поддержка участников СВО и их детей
- Многофункциональный центр
- Аспирантам
-
Сотрудникам
- Телефонный справочник
- Расписание занятий
- Система дистанционного обучения
- Научно-образовательный портал
- Библиотека
- Журнал посещаемости
- Журнал успеваемости
- Генератор рабочих программ
- Генератор ОПОП
- Генератор ИПРП
- Показатели эффективности труда ППС
- Спорт в ТУСУРе
- Профком сотрудников
- Облачное хранилище ТУСУРа
- Выпускникам
- Партнёрам
Аннотация: Представлены результаты сравнения двух способов расчета временной зависимости относительной концентра-ции ростового вещества, атомы которого свободно диффундируют по полупроводниковой подложке во время начальной стадии образования нитевидных нанокристаллов. Показано, что для умеренных значений начальной концентрации модель клеточных автоматов достаточно точно воспроизводит результаты, известные из класси-ческой конечно-разностной схемы численного решения линейного уравнения диффузии, соответствующего рас-сматриваемому физическому процессу. Показано, что модель клеточных автоматов позволяет выходить за рамки классического описания и получать при этом новые интересные результаты для случаев сверхнизких либо сверх-высоких значений начальной концентрации.
Ключевые слова: нитевидные нанокристаллы, уравнение диффузии, численное моделирование, конечноразностная схема, метод Монте–Карло, клеточные автоматы
Библиография статьи:
Шипуля М. А. Модель клеточных автоматов для описания процесса свободной диффузии ростового вещества во время начальной стадии образования нитевидных нанокристаллов / М. А. Шипуля, Т. Н. Пушкарёв // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2025. – Т. 28, № 4. – С. 72–84. DOI: 10.21293/1818-0442-2025-28-4-72-84
Авторы и правообладатели:
- Шипуля М. А. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
- Пушкарёв Т. Н. , Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (Томск, Россия)
- 1. Евсютин О.О. Использование клеточных автоматов для решения задач преобразования информации / О.О. Евсютин, С.К. Россошек // Доклады ТУСУР. – 2010. – № 1 (21), ч. 1. – С. 173–174.
- 2. Евсютин О.О. Приложения клеточных автоматов в области информационной безопасности и обработки данных / О.О. Евсютин, А.А. Шелупанов // Доклады ТУСУР. – 2012. – № 1 (25), ч. 2. – С. 119–125.
- 3. Евсютин О.О. Программный комплекс для построения и исследования декоррелирующих клеточных преобразований и сжатия цифровых изображений на их основе // Доклады ТУСУР. – 2012. – № 1 (25), ч. 2. – С. 220–224.
- 4. Евсютин О.О. Сжатие цифровых изображений, используемых в геоинформационной системе электронного генерального плана промышленного предприятия / О.О. Евсютин, М.М. Милихин // Доклады ТУСУР. – 2012. – № 2 (26), ч. 1. – С. 224–229.
- 5. Евсютин О.О. Стеганографическое встраивание информации в цифровые изображения, сжатые с помощью блочных клеточных автоматов / О.О. Евсютин, Е.В. Негачева // Доклады ТУСУР. – 2013. – № 4 (30). – С. 130–135.
- 6. Евсютин О.О. Основные подходы к использованию математического аппарата теории клеточных автоматов для решения задач кодирования информации / О.О. Евсютин, А.А. Шелупанов // Доклады ТУСУР. – 2014. – № 2 (32). – С. 60–65.
- 7. Бондаренко Д.О. Непрерывная оптимизация с помощью клеточного автомата с адаптивным выбором правила развития / Д.О. Бондаренко, О.О. Евсютин, А.В. Ращупкина // Доклады ТУСУР. – 2015. – № 4(38). – С. 119–122.
- 8. Евсютин О.О. Непрерывная оптимизация с помощью гибридной модели клеточных автоматов и обучаемых автоматов / О.О. Евсютин, А.А. Шелупанов, В.Д. Бабишин, К.А. Соседко // Доклады ТУСУР. – 2019. – Т. 22, № 1. – С. 50–54.
- 9. Ачасова С.М. Клеточно-автоматная самовоспроизводящаяся матрица из искусственных биологических клеток // Проблемы информатики. – 2016. – № 3 (32). – С. 13–25.
- 10. Марков М.А. Использование клеточных автоматов для моделирования онтогенеза // Молодой ученый. – 2010. – Т. 1, № 5 (16). – С. 118–125.
- 11. Janssens K.G.F. An introductory review of cellular automata modeling of moving grain boundaries in polycrystalline materials // Mathematics and Computers in Simulation. – 2010. – Vol. 80. – P. 1361–1381.
- 12. Gilpin W. Cellular automata as convolutional neural networks / W. Gilpin // Phys. Rev. E. – 2019. – Vol. 100. – P. 032402–032413.
- 13. Comelli T. Comparing Elementary Cellular Automata Classifications with a Convolutional Neural Network / T. Comelli, F. Pinel, P. Bouvry // In Proceedings of the 13th International Conference on Agents and Artificial Intelligence. – Science and Technology Publications, Lda, 2021. – Vol. 2. – P. 467–474.
- 14. Najarro E. Towards Self-Assembling Artificial Neural Networks through Neural Developmental Programs / E. Najarro, Sh. Sudhakaran, S. Risi [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://arxiv.org/abs/2307.08197 (дата обращения: 19.01.2026).
- 15. Мокрецов Н.С. Самоорганизующиеся нейронные клеточные автоматы для обучения с подкреплением и эволюционного развития / Н.С. Мокрецов, Т.М. Татарникова // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». – 2023. – Т. 16, № 7. – С. 68–75.
- 16. Rollier M. Convolutional Neural Networks for Automated Cellular Automaton Classification / M. Rollier, A.J. Daly, J.M. Baetens [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://arxiv.org/abs/2409.02740 (дата обращения: 19.01.2026).
- 17. Работы по однородным структурам и клеточным автоматам, выполненные в СССР, России и бывших республиках СССР – виртуальны компьютерный музей [Электронный ресурс]. – URL: https://computer-museum.ru/articles/books/1066/?sphrase_id=1353857 (дата обращения: 19.01.2026).
- 18. Матюшкин И.В. Обзор по тематике клеточных автоматов на базе современных отечественных публикаций / И.В. Матюшкин, М.А. Заплетина // Компьютерные исследования и моделирование. – 2019. – Т.11, № 1. – С. 9–57.
- 19. Sabelfeld K.K. Height self-equilibration during the growth of dense nanowire ensembles: order emerging from disorder / K.K. Sabelfeld, V.M. Kaganer, F. Limbach, P. Dogan, O. Brandt, L. Geelhaar, H. Riechert // Applied Physics Letters. – 2013. – Vol. 103. – Р. 181–189.
- 20. Sabelfeld K.K. A stochastic model of the nanowires growth by molecular beam epitaxy / K.K. Sabelfeld, E.G. Kablukova // Siberian J. Num. Math. Sib. Branch of Russ. Acad. of Sci. – Novosibirsk, 2017. – Vol. 20, No. 2. – Р. 181–199.
- 21. Лушников Д.А. Анализ феноменологических моделей роста нитевидных нанокристаллов / Д.А. Лушников, М.А. Шипуля, Ю.Ю. Эрвье // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник науч. трудов XX Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2023. – Т. 1: Физика. – С. 258–260.
- 22. Кузнецов К.А. Кинетика образования и движения ступеней на боковых гранях нитевидного нанокристалла при наличии барьера Эрлиха–Швебеля: выпускная бакалаврская работа по направлению подготовки: 03.03.02 – Физика. – Томск, 2016. – 40 с.
- 23. Уразбеков А.Е. Согласованная модель аксиального и латерального роста нитевидных нанокристаллов: выпускная бакалаврская работа по направлению подготовки: 03.03.02 – физика. – Томск, 2018. – 29 с.
- 24. Назаренко М.В. Моделирование роста полупроводниковых структур A3B5 методами теории нуклеации: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.10. – СПб., 2012. – 108 с.
- 25. Wagner R.S., Ellis, W.C. Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth // Applied Physics Letters. – 1964. – Vol. 4. – Р. 89–90.
- 26. Dubrovskii V.G. Criterion for Selective Area Growth of III-V Nanowires // Nanomaterials. – 2022. – Vol. 12. – P. 3698.
- 27. Yuan X. Selective Area Epitaxy of III–V Nanostructure arrays and networks: Growth, applications, and future directions / X. Yuan, D. Pan, Y. Zhou, X. Zhang, K. Peng, B. Zhao, M. Deng, J. He, H. H. Tan, C. Jagadish // Appl. Phys. Rev. – 2021. – Vol. 8. – P. 021302.
- 28. Tomioka K. Selective area growth of III-V nanowires and their applications / K. Tomioka, K. Ikejiri, T. Tanaka, J. Motohisa, S. Hara, K. Hiruma, T. Fukui // J. Mater. Res. – 2011. – Vol. 26, No. 17. – P. 2127–2141.
- 29. Tomioka K. III–V Nanowires on Si Substrate: Selective Area Growth and Device Applications / K. Tomioka, T. Tanaka, S. Hara, K. Hiruma, T. Fukui // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. – 2011. – Vol. 17, No. 4. – Р. 1112–1129.
- 30. Pantle F. Selective area growth of GaN nanowires and nanofins by molecular beam epitaxy on heteroepitaxial diamond (001) substrates / F. Pantle, F. Becker, M. Kraut, S. Worle, T. Hoffmann, S. Artmeier, M. Stutzmann // Nanoscale Adv. – 2021. – Vol. 3. – P. 3835.
- 31. Adhikari S. Selective Area Growth of GaN Nanowire: Partial Pressures and Temperature as the Key Growth Parameters / S. Adhikari, M. Lysevych, C. Jagadish, H.H. Tan // Cryst. Growth Des. – 2022. – Vol. 22, No. 9. – P. 5345–5353.
- 32. Kruse J.E. Selective area growth of GaN nanowires on SiO masked Si (111) substrates by molecular beam epitaxy / J.E. Kruse, L. Lymperakis, S. Eftychis, A. Adikimenakis, G. Doundoulakis, K. Tsagaraki, M. Androulidaki, A. Olziersky, P. Dimitrakis, V. Ioannou Sougleridis, P. Normand, T. Koukoula, Th. Kehagias, Ph. Komninou, G. Konstantinidis, A. Georgakilas // Journal of Applied Physics. – 2016. – Vol. 119. – P. 224305.
- 33. Gridchina V.O. Selective Area Growth of GaN Nanowires on Patterned SiO/Si Substrates by Molecular Beam Epitaxy / V.O. Gridchina, K.P. Kotlyar, R.R. Reznik, L.N. Dvoretskaya, A.V. Parfen’eva, I.S. Mukhina, G.E. Cirlin // Tech. Phys. Lett. – 2020. – Vol. 46, No. 11. – P. 1080–1083.
- 34. Morassi M. Selective Area Growth of GaN Nanowires on Graphene Nanodots / M. Morassi, N. Guan, V.G. Dubrovskii, Yu. Berdnikov, C. Barbier et al. // Crystal Growth&Design. – 2019. – Vol. 20, No. 2. – P. 552–559.
- 35. Jung J. Selective Area Growth of PbTe Nanowire Networks on InP / J. Jung, S.G. Schellingerhout, M.F. Ritter, S.C. ten Kate, O.A. H. van der Molen, S. de Loijer, M.A. Verheijen, H. Riel, F. Nichele, E.P.A.M. Bakkers // Adv. Funct. Mater. – 2022. – Vol. 32. – P. 2208974.
- 36. Gao Q. Simultaneous Selective Area and Vapor-Liquid-Solid Growth of InP Nanowire Arrays / Q. Gao, V.G. Dubrovskii, P. Caroff, J. Wong Leung, L. Li, Y. Guo, L. Fu, H. H. Tan, C. Jagadish // Nano Lett. – 2016. – Vol. 16. – P. 4361–4367.
- 37. Dalacu D. Selective area vapor-liquid-solid growth of InP nanowires / D. Dalacu, A. Kam, D.G. Austing, X. Wu, J. Lapointe, G.C. Aers, P.J. Poole // Nanotechnology. – 2009. – Vol. 20. – P. 395602.
- 38. Wang X. Selective Area Growth of Aligned Organic Semiconductor Nanowires and Their Device Integration / X. Wang, Y. Luo, J. Liao, E. Joselevich, J. Xu // Adv. Funct. Ma-ter. – 2024. – Vol. 34. – P. 2308708.
- 39. Grégoire G. Selective Area Growth by Hydride Vapor Phase Epitaxy and Optical Properties of InAs Nanowire Arrays / G. Grégoire, M. Zeghouane, C. Goosney, N.I. Göktaş, P. Staudinger, H. Schmid, K.E. Moselund, T. Taliercio, E. Tournié, A. Trassoudaine, E. Gil, R.R. LaPierre, Y. André // Cryst. Growth Des. – 2021. – Vol. 21. – P. 5158–5163.
- 40. Zhang K. Selective Area Growth of InAs Nanowire Arrays on SiN/Si (111) by Molecular Beam Epitaxy / K. Zhang, V. Ray, P. Herrera Fierro, J. R. Sink, F. Toor, J.P. Prineas // Proc. SPIE. – 2017. – Vol. 10114. – P. 1011419.
- 41. Dubrovskii V.G. Simultaneous Selective Area Growth of Wurtzite and Zincblende Self-Catalyzed GaAs Nanowires on Silicon / V.G. Dubrovskii, W. Kim, V. Piazza, L. Güniat, A. Fontcuberta i Morral // Nano Letters. – 2021. – Vol. 21, No. 7. – Р. 3139–3145.
- 42. Самарский А.А. Разностные методы для эллиптических уравнений / А.А. Самарский, В.Б. Андреев. – М.: Наука, 1976. – 352 с.
- 43. LeVeque R.J. Finite Difference Methods for Ordinary and Partial Differential Equations. – Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2007. – 340 p.
- 44. Тамошкин М.A. Использование клеточных автоматов для моделирования процесса образования нитевидных нанокристаллов в областях селективного травления // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник науч. трудов XXI Междунар. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых; под ред. И.А. Курзиной и др. – Томск: Изд-во НИ ТПУ, 2024. – Т. 1: Физика. – С. 311–313.
- 45. Тоффоли Т. Машины клеточных автоматов. – М.: Мир, 1991. – 283 с.
- 46. Дж. фон Нейман. Теория самовоспроизводящихся автоматов. – М.: Мир, 1971. – 384 с.
-2026-1_%D0%BA%D0%BE%D0%BF%D0%B8%D1%8F.jpg)
Адрес редакции
Подписка на обновления
