Al bombardment induced structural changes in α-Al2O3(R-3c) and γ-Al2O3(Fd-3m) were studied using ab initio molecular dynamics. Diffusion and irradiation damage occur for both polymorphs in the kinetic energy range from 3.5 to 40 eV. However, for γ-Al2O3(001) subplantation of impinging Al causes significantly larger irradiation damage and hence larger mobility as compared to α-Al2O3. Consequently, fast diffusion along γ-Al2O3(001) gives rise to preferential α-Al2O3(0001) growth, which is consistent with published structure evolution experiments.

1.
I.
Levin
and
D.
Brandon
,
J. Am. Ceram. Soc.
81
,
1995
(
1998
).
2.
G.
Paglia
,
C. E.
Buckley
,
A. L.
Rohl
,
B. A.
Hunter
,
R. D.
Hart
,
J. V.
Hanna
, and
L. T.
Byrne
,
Phys. Rev. B
68
,
144110
(
2003
).
3.
R. G.
Munro
,
J. Am. Ceram. Soc.
80
,
1919
(
1997
).
4.
J. R.
Gladden
,
J. H.
So
,
J. D.
Maynard
,
P. W.
Saxe
, and
Y. L.
Page
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
392
(
2004
).
5.
R.
Nowak
,
T.
Manninen
,
K.
Heiskanen
,
T.
Sekino
,
A.
Hikasa
,
K.
Niihara
, and
T.
Takagi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
5214
(
2003
).
6.
P. J.
Kelly
and
R. D.
Arnell
,
J. Vac. Sci. Technol. A
17
,
945
(
1999
).
7.
M.
Aguilar-Frutis
,
M.
Garcia
, and
C.
Falcony
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1700
(
1998
).
8.
S.
Wang
,
A. Y.
Borisevich
,
S. N.
Rashkeev
,
M. V.
Glazoff
,
K.
Sohlberg
,
S. J.
Pennycook
, and
S. T.
Pantelides
,
Nature Mater.
3
,
143
(
2004
).
9.
J.
Laimer
,
M.
Fink
,
C.
Mitterer
, and
H.
Störi
,
Vacuum
80
,
141
(
2005
).
10.
R.
Snyders
,
K.
Jiang
,
D.
Music
,
S.
Konstantinidis
,
T.
Markus
,
A.
Reinholdt
,
J.
Mayer
, and
J. M.
Schneider
,
Surf. Coat. Technol.
204
,
215
(
2009
).
11.
E.
Wallin
,
T. I.
Selinder
,
M.
Elfwing
, and
U.
Helmersson
,
EPL
82
,
36002
(
2008
).
12.
O.
Zywitzki
,
G.
Hoetzsch
,
F.
Fietzke
, and
K.
Goedicke
,
Surf. Coat. Technol.
82
,
169
(
1996
).
13.
Y.
Yamada-Takamura
,
F.
Koch
,
H.
Maier
, and
H.
Bolt
,
Surf. Coat. Technol.
142–144
,
260
(
2001
).
14.
P.
Jin
,
G.
Xu
,
M.
Tazawa
,
K.
Yoshimura
,
D.
Music
,
J.
Alami
, and
U.
Helmersson
,
J. Vac. Sci. Technol. A
20
,
2134
(
2002
).
15.
J.
Rosén
,
J. M.
Schneider
, and
K.
Larsson
,
Solid State Commun.
134
,
333
(
2005
).
16.
K.
Sarakinos
,
D.
Music
,
F.
Nahif
,
K.
Jiang
,
A.
Braun
,
C.
Zilkens
, and
J. M.
Schneider
,
Phys. Status Solidi (RRL)
4
,
154
(
2010
).
17.
D.
Adamovic
,
E. P.
Münger
,
V.
Chirita
,
L.
Hultman
, and
J. E.
Greene
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
211915
(
2005
).
18.
H.
Feil
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
1879
(
1995
).
19.
S.
Uhlmann
,
Th.
Frauenheim
, and
Y.
Lifshitz
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
641
(
1998
).
20.
D. E.
Hanson
,
J. D.
Kress
,
A. F.
Voter
, and
X. -Y.
Liu
,
Phys. Rev. B
60
,
11723
(
1999
).
21.
N. A.
Marks
,
Phys. Rev. B
56
,
2441
(
1997
).
22.
P.
Träskelin
,
N.
Juslin
,
P.
Erhart
, and
K.
Nordlund
,
Phys. Rev. B
75
,
174113
(
2007
).
23.
J.
Rosén
,
E.
Widenkvist
,
K.
Larsson
,
U.
Kreissig
,
S.
Mráz
,
C.
Martinez
,
D.
Music
, and
J. M.
Schneider
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
191905
(
2006
).
24.
J.
Rosén
,
K.
Larsson
, and
J. M.
Schneider
,
J. Phys.: Condens. Matter
17
,
L137
(
2005
).
25.
D.
Gall
,
S.
Kodambaka
,
M. A.
Wall
,
I.
Petrov
, and
J. E.
Greene
,
J. Appl. Phys.
93
,
9086
(
2003
).
26.
T.
Ozaki
and
H.
Kino
,
Phys. Rev. B
72
,
045121
(
2005
).
27.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
28.
T.
Ozaki
,
Phys. Rev. B
67
,
155108
(
2003
).
29.
N.
Troullier
and
J. L.
Martins
,
Phys. Rev. B
43
,
1993
(
1991
).
30.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
41
,
5414
(
1990
).
31.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
32.
T.
Ozaki
and
H.
Kino
,
Phys. Rev. B
69
,
195113
(
2004
).
33.
J. M.
Soler
,
E.
Artacho
,
J. D.
Gale
,
A.
Garcia
,
J.
Junquera
,
P.
Ordejon
, and
D.
Sanchez-Portal
,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
2745
(
2002
).
34.
A.
Atiser
,
S.
Mráz
, and
J. M.
Schneider
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
42
,
015202
(
2009
).
35.
D. P.
Sigumonrong
,
D.
Music
, and
J. M.
Schneider
,
Comput. Mater. Sci.
50
,
1197
(
2011
).
36.
G.
Gutiérrez
,
A.
Taga
, and
B.
Johansson
,
Phys. Rev. B
65
,
012101
(
2001
).
37.
S.
Blonski
and
S. H.
Garofalini
,
Surf. Sci.
295
,
263
(
1993
).
You do not currently have access to this content.