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直接最小化Ohta-Kawasaki能量的全局收敛修正牛顿法及其在二嵌段共聚物定向自组装中的应用。 (英语) Zbl 1480.49027号

小结:我们提出了一个快速且稳健的方案,用于直接最小化Ohta-Kawasaki能量,该方案表征了二嵌段共聚物熔体的微相分离。该方案采用带线搜索的全局收敛修正牛顿法,该方法被证明是质量守恒的、能量递减的、渐近二次收敛的,并且通常比常用的梯度流方法效率高三个数量级。仔细分析了极小值点的规律性和一阶条件。基于一种新的聚合物-基质相互作用模型和所提出的方案,对化学基质引导的二嵌段共聚物熔体定向自组装进行了数值研究。

MSC公司:

49英里15 牛顿型方法
82B21型 平衡统计力学中产生的连续统模型(粒子系统等)
90C26型 非凸规划,全局优化
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参考文献:

[1] V.Abetz和P.F.Simon,嵌段共聚物的相行为和形态,摘自《嵌段聚合物》,《高级聚合物科学》。189,斯普林格出版社,2005年,第125-212页,https://doi.org/10.1007/12_004。
[2] R.Adams和J.Fournier,《Sobolev Spaces》,第二版,学术出版社,2003年·Zbl 1098.46001号
[3] S.M.Allen和J.W.Cahn,反相边界运动微观理论及其在反相畴粗化中的应用,金属学报。,27(1979),第1085-1095页,https://doi.org/10.1016/0001-6160(79)90196-2.
[4] M.S.Aln \aes、J.Blechta、J.Hake、A.Johansson、B.Kehlet、A.Logg、C.Richardson、J.Ring、M.E.Rognes和G.N.Wells,FEniCS项目版本1.5,Arch。数字。软件,3(2015),https://doi.org/10.11588/ans.2015.100.20553。
[5] C.M.Bates、M.J.Maher、D.W.Janes、C.J.Ellison和C.G.Willson,嵌段共聚物光刻,大分子,47(2014),第2-12页,https://doi.org/10.1021/ma401762n。
[6] F.S.Bates和G.H.Fredrickson,嵌段共聚物-设计师软材料,物理。今天,52(1999),第32-38页,https://doi.org/10.1063/1.882522。
[7] P.Bochev和R.B.Lehoucq,关于纯Neumann问题的有限元解,SIAM Rev.,47(2005),第50-66页,https://doi.org/10.1137/S0036144503426074。 ·Zbl 1084.65111号
[8] T.Bui-Thanh、O.Ghattas、J.Martin和G.Stadler,无限维贝叶斯反演问题的计算框架,第一部分:线性化情况,及其在全球地震反演中的应用,SIAM J.Sci。计算。,35(2013),第A2494-A2523页,https://doi.org/10.1137/12089586X。 ·Zbl 1287.35087号
[9] R.Choksi,关于具有长程相互作用的变分问题的全局极小值,Quart。申请。数学。,70(2012年),第517-537页·Zbl 1246.49042号
[10] R.Choksi、M.Maras和J.F.Williams,具有长程相互作用的Cahn-Hilliard泛函极小值的二维相图,SIAM J.Appl。动态。系统。,10(2011),第1344-1362页,https://doi.org/10.1137/100784497。 ·Zbl 1236.49074号
[11] R.Choksi、M.A.Peletier和J.F.Williams,《关于双嵌段共聚物微相分离的相图:通过非局部CahnáHilliard泛函的方法》,SIAM J.Appl。数学。,69(2009),第1712-1738页,https://doi.org/10.1137/080728809。 ·兹比尔1400.74089
[12] R.Choksi和X.Ren,关于双嵌段共聚物微相分离的密度泛函理论推导,J.Statist。物理。,113(2003),第151-176页,https://doi.org/10.1023/A:1025722804873。 ·Zbl 1034.82037号
[13] R.Coleman,规范向量空间上的微积分,Springer,2016年·Zbl 1258.46001号
[14] C.Cowan,《Cahn-Hilliard方程作为梯度流》,西蒙弗雷泽大学硕士论文,2005年,https://summit.sfu.ca/item/10196。
[15] F.A.Detcherry、G.Liu、P.F.Nealey和J.J.De Pablo,嵌段共聚物在纳米图案化基底上定向组装的插值:模拟和实验,大分子,43(2010),第3446-3454页,https://doi.org/10.1021/ma902332h。
[16] E.W.Edwards、M.Muöller、M.P.Stoykovich、H.H.Solak、J.J.De Pablo和P.F.Nealey,在光刻化学图案化基底上组装的嵌段共聚物域的尺寸和形状,大分子,40(2007),第90-96页,https://doi.org/10.1021/ma0607564。
[17] C.M.Elliott和A.M.Stuart,离散半线性抛物方程的全局动力学,SIAM J.Numer。分析。,30(1993),第1622-1663页,https://doi.org/10.1137/0730084。 ·Zbl 0792.65066号
[18] D.J.Eyre,无条件梯度稳定时间推进Cahn-Hilliard方程,MRS Proc。,529(1998),第39-46页,https://doi.org/10.1557/PROC-529-39。
[19] P.E.Farrell和J.W.Pearson,Ohta-Kawasaki方程的预处理程序,SIAM J.Matrix Anal。申请。,38(2017),第217-225页,https://doi.org/10.1137/16M1065483。 ·Zbl 1365.65221号
[20] P.C.Fife,相分离模型及其数学,电子。《微分方程杂志》,2000(2000),第1-26页·Zbl 0957.35062号
[21] G.B.Folland,《偏微分方程导论》,第二版,数学。注释102,普林斯顿大学出版社,新泽西州普林斯顿,1995年,https://doi.org/10.2307/j.ctvzsmfgn。 ·Zbl 0841.35001号
[22] G.Fredrickson,《非均相聚合物的平衡理论》,牛津大学出版社,2005年,https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198567295.0001。 ·Zbl 1264.82003年
[23] K.R.Gadelrab、A.F.Hannon、C.A.Ross和A.Alexander-Katz,《反转自组装嵌段共聚物的设计路径》,分子系统。设计。工程,2(2017),第539-548页,https://doi.org/10.1039/c7me00062f。
[24] D.Gilbarg和N.S.Trudinger,二阶椭圆偏微分方程,经典数学。224,施普林格出版社,2001年,https://doi.org/10.1007/978-3-642-61798-0。 ·Zbl 1042.35002号
[25] V.V.Ginzburg、J.D.Weinhold和P.Trefonas,区块-聚合物定向自组装的计算建模,高分子科学杂志。B部分聚合物物理。,53(2015),第90-95页,https://doi.org/10.1002/polb.23365。
[26] P.Grisvard,非光滑域中的椭圆问题,经典应用。数学。69,SIAM,2011年,https://doi.org/doi:10.1137/1.9781611972030。 ·Zbl 1231.35002号
[27] Z.Guan,C.Wang和S.M.Wise,周期非局部Cahn-Hilliard方程的收敛凸分裂格式,数值。数学。,128(2014),第377-406页,https://doi.org/10.1007/s00211-014-0608-2。 ·Zbl 1304.65209号
[28] I.W.Hamley,《嵌段共聚物的物理》,牛津科学出版社,1999年。
[29] A.F.Hannon、Y.Ding、W.Bai、C.A.Ross和A.Alexander-Katz,通过逆向设计模拟优化嵌段共聚物定向自组装的地形模板,Nano Lett。,14(2014),第318-325页,https://doi.org/10.1021/nl404067s。
[30] A.F.Hannon、K.W.Gotrik、C.A.Ross和A.Alexander-Katz,嵌段共聚物定向自组装地形模板的逆向设计,ACS Macro Lett。,2(2013年),第251-255页,https://doi.org/10.1021/mz400038b。
[31] A.F.Hannon、D.F.Sunday、A.Bowen、G.Khaira、J.Ren、P.F.Nealey、J.J.De Pablo和R.J.Kline,《利用X射线计量学优化自持场理论嵌段共聚物模型》,分子系统。设计。工程,3(2018),第376-389页,https://doi.org/10.1039/c7me00098g。
[32] T.Hell和A.Ostermann,矩形上泊松方程的Dirichlet和Neumann问题的相容条件,J.Math。分析。申请。,420(2014),第1005-1023页,https://doi.org/10.1016/j.jmaa.2014.06.034。 ·Zbl 1298.35050号
[33] J.D.Hill和P.C.Millett,使用区域退火和模式模板对二嵌段共聚物膜中定向自组装的数值模拟,科学报告,7(2017),5250,https://doi.org/10.1038/s41598-017-05565-w。
[34] S.Ji、L.Wan、C.C.Liu和P.F.Nealey,嵌段共聚物在化学模式上的定向自组装:纳米制造平台,Progr。聚合物科学。,54-55(2016),第76-127页,https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2015.10.006。
[35] H.Knuöpfer、C.B.Muratov和M.Novaga,三维Ohta-Kawasaki能量非平凡极小值的出现,Pure Appl。分析。,2(2020年),第1-21页,https://doi.org/10.2140/paa.2020.2.1。 ·Zbl 1432.49064号
[36] A.Latypov、G.Garner、M.Preil、G.Schmid、W.-L.Wang、J.Xu和Y.Zou,定向自组装过程开发和反定向自组装问题解决的计算模拟和参数研究,日本J.Appl。物理。,53(2014),06JC01。
[37] 李瑞霞,梁振中,张国富,廖立东,张立东,关于Ohta-Kawasaki方程预条件的注记,应用。数学。莱特。,85(2018),第132-138页,https://doi.org/10.1016/j.aml.20128.06.006。 ·Zbl 1453.65066号
[38] C.-C.Liu、A.Ramiírez-Hernaíndez、E.Han、G.S.Craig、Y.Tada、H.Yoshida、H.Kang、S.Ji、P.Gopalan、J.J.De Pablo和P.F.Nealey,《具有特征密度倍增的层状形成嵌段共聚物定向自组装的化学模式》,《大分子》,46(2013),第1415-1424页,https://doi.org/10.1021/ma302464n。
[39] A.Logg,有限元法自动化,Arch。计算。方法工程,14(2007),第93-138页,https://doi.org/10.1007/s11831-007-9003-9。 ·Zbl 1158.74048号
[40] M.Muöller和J.C.Orozco Rey,定向自组装的连续模型,分子系统。设计。工程,3(2018),第295-313页,https://doi.org/10.1039/c7me00109f。
[41] J.Nocedal和S.Wright,数值优化,Springer-Verlag,2006年,https://doi.org/10.1007/978-0-387-40065-5。 ·Zbl 1104.65059号
[42] T.Ohta和K.Kawasaki,嵌段共聚物熔体的平衡形态,大分子,19(1986),第2621-2632页,https://doi.org/10.1021/ma00164a028。
[43] C.Park、J.Yoon和E.L.Thomas,《利用自组装嵌段共聚物模式实现纳米技术》,《聚合物》,44(2003),第6725-6760页,https://doi.org/10.1016/j.polymer.2003.08.011。
[44] Q.Parsons,Ohta-Kawasaki泛函的数值逼近,牛津大学硕士论文,2012年。
[45] J.W.Pearson和A.Wathen,某些鞍点系统的匹配Schur补码近似,《当代计算数学-庆祝伊恩·斯隆80岁生日》,施普林格,2018年,第1001-1016页,https://doi.org/10.1007/978-3-319-72456-0_44。 ·Zbl 1405.65048号
[46] J.Qin、G.S.Khaira、Y.Su、G.P.Garner、M.Miskin、H.M.Jaeger和J.J.De Pablo,共聚物定向自组装的进化模式设计,软物质,9(2013),第11467-11472页,https://doi.org/10.1039/c3sm51971f。
[47] X.Ren和J.Wei,关于二嵌段共聚物问题的能量最小化,界面自由边界,5(2003),第193-238页,https://doi.org/10.4171/IFB/78。 ·Zbl 1031.49035号
[48] R.Ruiz、H.Kang、F.A.Detcheverry、E.Dobisz、D.S.Kercher、T.R.Albrecht、J.J.De Pablo和P.F.Nealey,《定向嵌段共聚物组装的密度倍增和改进光刻》,《科学》,第321(2008)页,第936-939页,https://doi.org/10.1126/science.1157626。
[49] D.Shirokoff、R.Choksi和J.C.Nave,一类非凸泛函中亚稳态全局极小的充分条件:通过二次下界的简单方法,J.非线性科学。,25(2015),第539-582页,https://doi.org/10.1007/s00332-015-9234-0。 ·Zbl 1317.49023号
[50] R.K.Spencer和R.A.Wickham,二嵌段共聚物熔体中圆柱-层状转变的成核动力学模拟,《软物质》,9(2013),第3373-3382页,https://doi.org/10.1039/c3sm27499c。
[51] M.P.Stoykovich、H.Kang、K.C.Daoulas、G.Liu、C.C.Liu、J.J.De Pablo、M.Mu¨ller和P.F.Nealey,纳米光刻用嵌段共聚物的定向自组装:孤立特征和基本集成电路几何的制造,ACS Nano,1(2007),pp.168-175,https://doi.org/10.1021/nn700164p。
[52] T.Uneyama和M.Doi,嵌段共聚物熔体和共混物的密度泛函理论,Macromolecules,38(2005),第196-205页,https://doi.org/10.1021/ma049385m。
[53] J.B.van den Berg和J.F.Williams,《二维Ohta-Kawasaki问题分岔图的验证》,非线性,30(2017),第1584-1638页,https://doi.org/10.1088/1361-6544/aa60e8。 ·兹比尔1366.65068
[54] U.Villa,N.Petra和O.Ghattas,《hIPPYlib:大规模反问题的可扩展软件框架》,《开放源码软件》,3(2018),940,https://doi.org/10.21105/joss.00940。
[55] X.Wu、G.J.van Zwieten和K.G.van der Zee,CahnáHilliard模型的稳定二阶凸分裂格式及其在扩散界面肿瘤生长模型中的应用,国际期刊Numer。方法生物识别。工程,30(2014),第180-203页,https://doi.org/10.1002/cnm.2597。
[56] H.Yi、A.Latypov和H.-S.P.Wong,小地形导向模板中嵌段共聚物定向自组装的计算模拟,载于Alternative Lithographic Technologies V,W.M.Tong和D.J.Resnick,eds.,Proc。SPIE 8680,SPIE,2013,86801L,https://doi.org/10.1117/12.2011264。
[57] P.Zhang,《周期相分离:基于修正Cahn-Hilliard方程的数值研究》,硕士论文,西蒙弗雷泽大学,2006年,http://summit.sfu.ca/item/3218。
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