Теоретическое исследование теплофизических, механических и ультразвуковых свойств слоев $\rm NbN$ на подложках из $\rm MgO~(001)$ при высоких температурах

В работе рассчитаны упругие, механические и теплофизические свойства слоев $\rm NbN/\rm MgO~(001)$ в интервале температур $600$–$900^{\circ}$С с использованием упругих констант более высокого порядка. С учетом двух фундаментальных факторов – расстояния до ближайшего соседа и параметра твердости – упругие постоянные второго и третьего порядка оцениваются с использованием подходов потенциала Борна–Майера. Вычисленные значения постоянной второго порядка использовались для расчета модуля Юнга, теплопроводности, анизотропии Зенера, модуля объемного сжатия, плотности тепловой энергии, модуля сдвига, а также коэффициента Пуассона с целью оценки тепловых и механических свойств слоев $\rm NbN/\rm MgO~(001)$. Упругая постоянная второго порядка также используется для расчета скоростей волн для сдвиговых и продольных мод распространения вдоль кристаллических ориентаций $[100]{,}~[110]{,}~[111]$. Оценены зависящие от температуры средняя скорость Дебая, твердость и ультразвуковые параметры Грюнайзена. Отношение трещиностойкости $B/G$ в текущем исследовании превышает $1.75$, и наноструктурированный слой $\rm NgN/\rm MgO~(001)$ является пластичным в рассматриваемом температурном диапазоне. Выбранные материалы полностью удовлетворяют требованиям Борна по механической стабильности. Рассчитано время тепловой релаксации, а также ослабление ультразвуковых волн за счет термоупругой релаксации и механизма фонон-фононного взаимодействия. Результаты вместе с другими хорошо известными физическими характеристиками полезны для инженерного применения.