Kristallografiâ

Описаны системы со сфокусированным ионным пучком, использующие газовые автоионные источники. В историческом контексте рассмотрены принципы работы таких источников и способы их формирования, эффективная область ионизации в которых определяется размерами одного атома. Описываемые системы имеют широкий спектр приложений как в области сканирующей ионной микроскопии в сочетании с различными аналитическими методами, так и в области модификации с высоким разрешением электрических, оптических, магнитных и других свойств материалов. Такая модификация основана на ионно-индуцированном изменении структуры материала и наиболее ярко выражена в кристаллических полупроводниках, сверхпроводниках и магнетиках.

Методом Ритвельда проведен количественный фазовый анализ активного слоя HfO₂ в слоистых структурах Si-sub./SiO₂/HfO₂/TiN в зависимости от температуры отжига и сорта легирующей примеси. Дополнительно проведены исследования кристаллической структуры HfO₂ методом просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружена связь между валентностью примеси и формирующимися в пленке HfO₂ кристаллическими фазами. Показано, что легирование Al с последующим высокотемпературным отжигом в хорошей степени предотвращает образование тетрагональной фазы (пр. гр. P42/nmc) в пользу формирования полярной орторомбической фазы (пр. гр. Pca2₁). Полученные результаты могут быть применены при синтезе сегнетоэлектрических пленок на основе HfO₂ для их использования в энергонезависимых системах памяти.

Представлены результаты экспериментального исследования реальной структуры тонких пленок κ-фазы оксида галлия. Методами дифракции обратно отраженных электронов в сканирующем электронном микроскопе и просвечивающей электронной микроскопии установлено, что микро-монокристаллы κ-оксида галлия состоят из совокупности трех типов поворотных доменов орторомбической симметрии, повернутых друг относительно друга на угол 120° вокруг оси роста. Монокристаллические домены характеризуются большой плотностью прямолинейных антифазных границ, формирующих при своем пересечении структуру значительной доли доменных границ.

Методами рентгеновской и ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии совместно с расчетами в рамках теории функционала плотности исследовано электронное строение комплекса [Cu(Salen)] и охарактеризовано химическое состояние его атомов. Установлено, что наличие комплексообразующего атома Cu приводит к перераспределению электронной плотности не только на атомах азота и кислорода, входящих в состав координационного центра CuO₂N₂, но и на атомах углерода саленового лиганда. Выявлено, что доминирующий вклад в высшую занятую молекулярную орбиталь вносят валентные орбитали атомов координационного центра CuN₂O₂, а атомные 3d-орбитали Cu распределены по молекулярным орбиталям в диапазонах энергии связи 2–4 и 6–11 эВ.

Рассмотрено влияния физиологических и патогенных факторов на кристаллическую структуру гидроксилапатита кальция Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ в минерализованных костных тканях. На основе исследований методом рентгеновской дифракции проведен анализ постоянных элементарной ячейки биоапатита, ее деформации и размеров кристаллитов в различных группах костных тканей. Выявлены основные механизмы пространственно-временных изменений костных наноструктур. Показано, что наряду с нарушениями стехиометрии важную роль играют размеры кристаллитов, число атомов в области когерентного рассеяния которых отличается более чем на два порядка, и электростатические взаимодействия между несбалансированными зарядами нанокристаллитов и гидратных нанослоев минерального матрикса.

Титановые и циркониевые сплавы являются незаменимыми конструкционными материалами во многих технических приложениях благодаря уникальным механическим и физико-химическим свойствам. Титан и цирконий относятся к четвертой – “титановой” группе, благодаря чему можно ожидать сходный характер проницаемости водорода через сплавы этих металлов. Представлены сравнение и анализ результатов экспериментов по водородопроницаемости этих сплавов. Выявлено, что для обоих сплавов кинетика проникновения водорода определяется главным образом низкой скоростью поверхностных процессов и фазовыми превращениями, происходящими в результате повышения концентрации водорода. Показано, что метод водородопроницаемости может быть использован для обнаружения предельной растворимости водорода в металлах.

Исследовано изменение интенсивности катодолюминесценции гексагонального нитрида бора в коротковолновой части спектра в процессе возбуждения электронным пучком. Показано, что интенсивность пика на длине волны 215 нм, связываемого с переходами зона–зона, убывает в процессе возбуждения электронами и стремится к стационарному значению, в то время как интенсивность пика на длине волны 320 нм возрастает под действием электронного облучения. Эта полоса, вероятно, обусловлена образованием центров люминесценции под действием электронного облучения.

На основе теории функционала плотности исследованы особенности атомной структуры сегнетоэластических кристаллов K₂Ba(NO₂)₄, обусловленные ориентационным беспорядком NO₂-групп. Показано, что определенные методом рентгеноструктурного анализа (РСА) положения одной из трех кристаллографически неэквивалентных NO₂-групп в параэластической фазе не являются равновесными. Расчетами из первых принципов получены равновесные положения атомов в сегнетоэластической фазе и предложена новая интерпретация результатов РСА атомной структуры параэластической фазы.

Изучено влияние барьерных слоев Si и Be на процесс перемешивания тонких слоев многослойных рентгеновских зеркал на основе Cr и Sc в широком диапазоне температур методами рентгеновской рефлектометрии, рентгеновской дифракции, а также просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что отжиг системы Si/[Cr/Sc]₂₀₀ является катализатором процесса перемешивания. В образце, нагретом при температуре 450°C в течение 1 ч, происходит полное перемешивание слоев. Структура становится текстурированной с предпочтительной ориентацией [001] слоя Sc перпендикулярно подложке. Введение барьерного слоя Be в систему Si/[Cr/Sc]₂₀₀ ограничивает перемешивание слоев хрома и скандия при отжиге до 350°C, но при 450°C структура полностью деградирует. Бериллий в роли барьерного слоя предотвращает текстурирование и рост зерен в системе, но не препятствует процессу кристаллизации. Тонкая прослойка Si, вставленная между слоями Cr и Sc, ограничивает их перемешивание и сохраняет многослойность и аморфность системы при температурах до 450°C.

С использованием методов фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением и теории функционала плотности проведено детальное исследование поверхностных спин-поляризованных состояний в электронной структуре Pt(111) и графен/Pt(111). Результаты показывают наличие конусоподобных поверхностных состояний вблизи уровня Ферми в окрестности точки $\overline{М}$ поверхностной зоны Бриллюэна платины для обеих систем. Теоретические расчеты подтверждают, что данные состояния являются спин-поляризованными поверхностными состояниями монокристалла Pt(111).

Материалы MnBi₂Te₄, Mn(Bi,Sb)₂Te₄ и MnBi₂Te₄(Bi₂Te₃)_m (где m ≥ 1) относятся к классу магнитных топологических изоляторов. Для успешного применения данных материалов в устройствах наноэлектроники необходимо всестороннее изучение их электронной структуры и магнитных свойств в зависимости от соотношения атомов Bi/Sb и количества (m) блоков Bi₂Te₃. Изучались магнитные свойства поверхности соединений MnBi₂Te₄, MnBi₄Te₇ и Mn(Bi_1–xSb_x)₂Te₄ (где x = 0.43, 0.32) при помощи магнитооптического эффекта Керра. Показано, что температуры магнитных переходов на поверхности и в объеме MnBi₄Te₇ и Mn(Bi,Sb)₂Te₄ существенно различаются.

Проведено исследование адсорбции и диссоциации молекулярного кислорода на поверхности эпитаксиальной системы N-графен/Au/Ni(111) с высоким кристаллическим качеством N-графена. Данная система сформирована таким образом, что азотные примеси в ней представлены исключительно графитовой и пиридиновой конфигурациями в равных концентрациях. При помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и расчетов в рамках теории функционала плотности определена взаимосвязь между химическим сдвигом N 1s остовного уровня, наблюдаемым после адсорбции молекулярного кислорода, и атомным положением отдельных атомов кислорода после диссоциации молекул.

Приведены результаты исследования топографии поверхности и плотности незаполненных электронных состояний при термическом осаждении сверхтонких пленок дибромо-биантрацена на поверхность ZnO. Измерения электронных характеристик незаполненных электронных состояний в процессе роста пленок дибромо-биантрацена до толщины 10 нм проводили методом спектроскопии полного тока с использованием тестирующего электронного пучка. Анализ экспериментальных зависимостей проводили с использованием теоретического расчета энергий орбиталей молекул дибромо-биантрацена методом теории функционала плотности.

Неразрушающий послойный химический и фазовый анализ железомарганцевой корки (возрастом 60 миллионов лет), извлеченной с глубины 1200 м поднятия Магеллановых гор в Тихом океане, проведен с помощью рентгеновского флуоресцентного и дифракционного методов. Морфология корки изучена с помощью сканирующей электронной микроскопии. Это позволило оценить вклады различных океанических источников железа и марганца в процесс образования корки и предложить механизм ее формирования.

Исследованы кинетические закономерности кристаллизации (порядок и константы) в модельном растворе синовии (неорганический состав) человека в условиях, близких к физиологическим. Определены константы кристаллизации в беспримесном растворе и в присутствии органических добавок синовии при варьировании их концентрации и пересыщении модельного раствора. Предложена последовательность уменьшения влияния добавок на общие и частные кинетические характеристики процесса кристаллизации в модельном растворе синовии: глюкоза → пролин → аланин → глицин → лимонная кислота. Установлено, что примеси в большей степени влияют на процесс нуклеации, а не на стадии роста.

Статья посвящена работам в области диссимметрии кристаллов выдающегося ученого-кристаллографа нашей страны, основателя и первого директора Института кристаллографии АН СССР академика Алексея Васильевича Шубникова. На протяжении всей своей творческой жизни (около 57 лет) А. В. Шубников возвращался к этой теме, начиная с 1911 г. Он считал, как и другой выдающийся ученый, академик Владимир Иванович Вернадский, проблему диссимметрии очень важной, но малоизученной. Результаты этих исследований имеют большое значение и могут быть использованы в практических целях.