Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 3 (2024)
Статьи
Возможные варианты поведения сдвиговой деформации при наложении кручения под высоким давлением
Аннотация
Изучено взаимное влияние первичного и вторичного параметров порядка при наложении кручения под высоким давлением. Рассмотрены равновесный и неравновесный случаи. Первый реализуется при непрерывном увеличении крутящего момента, а второй – при изучении перехода из одного состояния в другое, описываемого бегущей волной. Рассмотрение проводилось на основе термодинамической теории Ландау.
3–9
Проявление гексатической фазы в ограниченных двумерных системах с циркулярной симметрией
Аннотация
Квазидвумерные системы играют важную роль при создании различных устройств для нужд наноэлектроники. Очевидно, что функциональная эффективность таких систем зависит от их структуры, которая может изменяться при фазовых переходах под действием внешних условий (например, температуры). До настоящего времени основное внимание было сосредоточено на поиске сигналов фазовых переходов в континуальных двумерных системах. Одним из центральных вопросов является анализ условий зарождения гексатической фазы в таких системах, которая сопровождается появлением дефектов в вигнеровской кристаллической фазе при некоторой температуре. Однако возникает как практический, так и фундаментальный вопрос о критическом числе электронов, при котором начнется нарушение симметрии кристаллической решетки в рассматриваемой системе и, как следствие, зарождение дефектов. В работе исследованы зависимости ориентационного параметра порядка и корреляционной функции, характеризующие топологические фазовые переходы, как функции числа частиц при нулевой температуре. Результаты расчетов позволяют установить признаки фазового перехода гексагональная–гексатическая фаза для N = 92, 136, 187, рассмотренных в качестве примера.
10–18
Распределение электронов около трека быстрого иона в кремнии
Аннотация
Предложена модель описания распределения электронов вблизи трека быстрого иона. Зависимость потока быстрых электронов от времени, глубины слоя и радиальной переменной моделируются с учетом статистического веса каждой траектории. Получено, что длительность импульса в распределении потока электронов составляет доли пикосекунд, а радиальный размер цилиндрической области, где происходит транспорт быстрых электронов, достигает десятков ангстрем.
19–27
Особенности отражения электронов слоем углеродных нанотрубок
Аннотация
Исследованы анизотропные свойства слоя из углеродных нанотрубок при отражении электронов. Установлено, что только небольшая часть падающих электронов отражается от мишени с поверхностным слоем из ориентированных углеродных нанотрубок. Отражение происходит только от слоя горизонтально ориентированных нанотрубок при угле падения больше 80° и вертикально ориентированных нанотрубок при угле падения меньше 10°. Эффект объясняется особенностями формированием потока электронов в поверхностных слоях мишени.
28–32
Коэффициенты распыления вольфрама легкими примесями плазмы
Аннотация
Проведены расчеты коэффициентов распыления вольфрама (материала дивертора в токамаке ИТЭР) атомами примесей в плазме He, Be, N, O при энергии соударения 0.010–100 КэВ методом Монте-Карло. Для расчета траектории налетающей частицы применяли парные потенциалы, полученные в рамках теории функционала плотности. В эти потенциалы вносили коррекцию на параметры потенциальной ямы, полученные из измерений методами спектроскопии. Мишень состояла из кристаллов вольфрама размером в одну постоянную решетки, случайно ориентированных в пространстве. Далее рассчитывали траектории частиц отдачи с использованием многочастичных потенциалов, рассчитанных с использованием теории функционала плотности. Учитывали тепловые колебания атомов мишени. Амплитуда колебаний принималась равной 0.05 Å, что соответствовало комнатой температуре. Показана сильная зависимость результатов от формы поверхностного потенциального барьера и представлены результаты для двух предельных случаев состояния поверхности: плоская поверхность, когда реализуется плоскостной поверхностный потенциальный барьер, и поверхность, состоящая из остриев, когда реализуется сферический потенциальный барьер. В эксперименте поверхность имеет некоторую шероховатость, которая зависит от условий эксперимента. Показано, что результаты экспериментов лежат между рассмотренными нами предельными случаями. Получена информация о средней энергии распыленных атомов и угловых распределений, необходимая для расчета поступления примесей в плазму токамака.
33–38
Формирование наночастиц висмута на нанопористых подложках
Аннотация
Подложки со слоем анодированного оксида алюминия получены методом одноэтапного и двухэтапного анодирования. Образцы имели различную пористость в объеме и на поверхности. Наночастицы висмута получены методом термического испарения в среде аргона путем конденсации на подложки со слоем анодированного оксида алюминия. Исследовано распределение размеров, формы, количества нано- и микрочастиц по изображениям, полученным с помощью растрового электронного микроскопа. Наибольшее количество наночастиц (21%) на образце с поверхностным слоем оксида алюминия без пор характеризовалось диаметром 70 нм. Предполагается, что наличие пор на поверхности влияет на миграцию осажденных атомов и частиц расплава висмута до момента образования стабильных центров конденсации. Присутствие пор диаметром 20–100 нм привело к уменьшению диаметра наиболее распространенных наночастиц висмута от 80 до 40 нм. Наночастицы диаметром 90 нм преобладали (25%) в образце с порами диаметром 60–220 нм. Наибольшее количество кристаллитов сферической формы на всех подложках имело диаметр 110 нм. Установлено, что равномерное распределение частиц получено на образце, поверхность которого не подвергалась химической полировке.
39–43
Сравнение оптических свойств и радиационной стойкости микро- и нанопорошков Gd2O3
Аннотация
Представлены результаты сравнительных исследований фазового состава, спектров диффузного отражения, спектров поглощения, наведенного облучением и интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения при облучении микро- и нанопорошков оксида гадолиния. Для оценки радиационной стойкости оптических свойств образцы помещали в камеру установки-имитатора условий космического пространства, где спектры диффузного отражения регистрировали в диапазоне 0.2–2.5 мкм в вакууме 2 × 10–6 торр до и после каждого периода облучения электронами (E = 30 кэВ, Ф = (1–3) × 1016 см–2). Микропорошки редкоземельных элементов используют для повышения радиационной стойкости материалов за счет поглощения образованных в них при облучении свободных электронов при их переходах с d- на f-оболочку. Нанопорошки редкоземельных элементов, добавленные к микропорошкам различных соединений, дают дополнительный механизм повышения радиационной стойкости – за счет аннигиляции на наночастицах первичных дефектов, образованных при облучении. В работе получен противоположный этим механизмам результат – радиационная стойкость микропорошка значительно (более 4 раз) выше по сравнению с нанопорошком, в связи с более интенсивным поглощением излучения в ультрафиолетовой области для нанопорошка, обусловленным собственными дефектами. Дано объяснение полученным результатам.
44–50
Влияние облучения на размер зерна и текстуру в пленках Мо и Та
Аннотация
Имплантация тяжелых ионов в металлические матрицы ведет к созданию высокой концентрации радиационных дефектов. Проведены рентгенодифракционные исследования фольг Mo и Та, имплантированных ионами 57Fe. Показано, что имплантация атомов Fe не оказывает заметного влияния на параметры решетки. Обнаружено, что облучение ведет к уширению дифракционных рефлексов и уменьшению размеров кристаллических зерен. Определено, что фольги Mo и Ta с ориентацией {100} сильно текстурированы. Облучение ионами Fe не оказывает заметного влияния на текстуру. Однако последующий отжиг при температуре 700°С ослабляет текстуру с облученной стороны фольг, не оказывая влияния на текстуру необлученной стороны.
51–56
Влияние деформационного наноструктурирования на ионно-лучевую эрозию меди
Аннотация
Экспериментально изучено влияние деформационного наноструктурирования на ионно-лучевую эрозию меди при высоких флуенсах облучения ионами аргона с энергией 30 кэВ. Для формирования ультрамелкозернистой структуры c размером зерен ~0.4 мкм в образцах меди с исходным размером зерен около 2 мкм использовали деформационное наноструктурирование методом кручения под высоким давлением. Найдено, что при распылении слоя толщиной, сопоставимой с размером зерен, на поверхности меди образуется стационарный конусообразный рельеф, вид которого не изменяется с увеличением флуенса облучения. Показано, что чем меньше размер зерен в меди, тем больше концентрация и меньше высота конусов на поверхности. Близкие к 82° углы наклона конусов, а также коэффициент распыления 9.6 ат./ион практически не зависят от размера зерен меди, толщины распыленного слоя и флуенса облучения. Расчеты с применением программы SRIM показали, что при учете перепыления атомов со стенок конусов коэффициент распыления конусообразного рельефа меди Yк в 3.5 раза меньше коэффициента распыления одиночного конуса, в 1.2 раза больше коэффициента распыления гладкой поверхности и по значению 9.25 ат./ион близок к экспериментально измеренному.
57–64
Особенности ионно-кластерной обработки поверхности монокристалла KGd(WO4)2:Nd
Аннотация
Рассмотрены особенности обработки поверхности монокристаллов калий-гадолиниевого вольфрамата, легированного ионами неодима, низко- и высокоэнергетическими кластерными ионами аргона. Использованы два кардинально отличающихся режима обработки: низкоэнергетический для более эффективного сглаживания поверхности и высокоэнергетический для более эффективного травления мишени. С помощью метода атомно-силовой микроскопии проанализирована топография поверхности мишени до и после ионно-кластерной обработки. Показано, что обработка в низкоэнергетическом режиме сглаживает неровности на поверхности мишени, образованные химико-механической полировкой, при глубине травления менее 100 нм. Проведено сравнение среднеквадратичной шероховатости и максимального перепада высот исходной и обработанных поверхностей калий-гадолиниевого вольфрамата, легированного ионами неодима. Приведены обзорные рентгеновские фотоэлектронные спектры исходной поверхности монокристалла KGd(WO4)2:Nd и после ионно-кластерной обработки в различных режимах. Продемонстрировано, что интенсивности пиков калия и гадолиния снижаются после ионно-кластерной обработки в обоих режимах. Значительное снижение концентрации атомов калия в приповерхностном слое мишени объясняется преимущественным распылением калия как более легкого химического элемента. Взаимное снижение концентраций атомов гадолиния и калия может быть объяснено слабыми связями этих атомов в решетке монокристалла KGd(WO4)2:Nd.
65–69
Зависимость зарядового состояния пучка легких ионов в веществе от скорости частиц
Аннотация
Представлены результаты применения статистики дискретного процесса многократного рассеяния для аналитического описания зависимости зарядового состояния легких ионов в веществе от скорости частиц. Показано, что использование методики, основанной на учете зависимости зарядового состояния ионов пучка от отношения скорости ионов к минимальной скорости электронов вещества, позволяет проводить расчеты тормозной способности вещества для ионов лития, бериллия, бора и углерода средних и низких энергий, соответствующие экспериментальным результатам.
70–74
Влияние предварительной лазерной обработки на формирование наноструктурированного углерода на поверхности хлорированного поливинилхлорида при воздействии мощного ионного пучка
Аннотация
Исследованы особенности формирования поверхностной морфологии хлорированного поливинилхлорида (чистого и с добавкой катализатора – ферроцена) при воздействии мощного ионного пучка наносекундной длительности после предварительной (перед облучением) импульсной лазерной обработки поверхности полимера. Установлено, что морфология облученной мощным ионным пучком поверхности хлорированного поливинилхлорида после предварительной импульсной лазерной обработки поверхности существенно отличается от морфологии облученной мощным ионным пучком поверхности хлорированного поливинилхлорида после предварительной стационарной термической обработки. Предварительная импульсная лазерная обработка с нарастающей мощностью приводит к увеличению пористости поверхностного слоя чистого хлорированного поливинилхлорида после облучения мощным ионным пучком, в то время как предварительная стационарная термическая обработка этого полимера после облучения позволяет получить различную поверхностную морфологию, включая волокна (в том числе полимерные) разного диаметра. Предварительная стационарная термическая обработка хлорированного поливинилхлорида с добавкой ферроцена (Fe(C5H5)2) приводит к уменьшению диаметра образующихся под действием мощного ионного пучка углеродных нановолокон (при увеличении температуры обработки). При предварительной импульсной лазерной обработке наблюдали увеличение пористости обработанного слоя и небольшое увеличение доли образующихся нановолокон большего диаметра. Для объяснения полученных различий для импульсной лазерной и стационарной термической предварительной обработки проанализировано влияние скорости нагрева полимера на особенности разложения хлорированного поливинилхлорида.
75–80
Моделирование влияния полевой электронной эмиссии из катода с тонкой диэлектрической пленкой на его распыление в газовом разряде в смеси аргона и паров ртути
Аннотация
Предложена модель слаботочного газового разряда в смеси аргона и паров ртути при наличии на поверхности катода тонкой диэлектрической пленки. Модель учитывает, что в такой смеси существенный вклад в ионизацию рабочего газа может давать ионизация атомов ртути при их столкновениях с метастабильными возбужденными атомами аргона. В разряде на поверхности пленки накапливаются положительные заряды, создающие в диэлектрике электрическое поле, достаточное для возникновения полевой эмиссии электронов из металлической подложки электрода в диэлектрик. Такие электроны ускоряются в пленке полем и могут выходить из нее в разрядный объем. В результате увеличивается эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии катода. Рассчитаны температурные зависимости характеристик разряда и показано, что вследствие быстрого уменьшения при снижении температуры концентрации паров ртути в смеси увеличиваются напряженность электрического поля в разрядном промежутке и разрядное напряжение. Наличие на катоде тонкой диэлектрической пленки может приводить к улучшению его эмиссионных свойств и существенному снижению разрядного напряжения. Это обусловливает уменьшение энергии ионов и атомов, бомбардирующих поверхность катода и, следовательно, интенсивности распыления катода в разряде.
81–87
Формирование субмикронной конусообразной морфологии поверхности нанометровых пленок сплава Al–Fe при различных условиях ионно-ассистированного осаждения на стекло
Аннотация
Исследованы морфология, топография и смачивание дистиллированной водой пленок сплава Al–1.5 ат. % Fe толщиной 25–90 нм, формируемых на стекле ионно-ассистированным осаждением с использованием резонансного ионного источника вакуумной электродуговой плазмы. Методом сканирующей зондовой микроскопии показано, что в зависимости от режима и времени осаждения изменяются продольные и поперечные параметры шероховатости, а также параметры – безразмерные комплексы, измерение которых позволило количественно описать процессы конусообразования в системе сплав Al–Fe/стекло. Среднеарифметическая шероховатость пленок растет с длительностью осаждения в интервале 20–40 нм. В условиях самооблучения обнаружен переход от островкового роста пленок к послойному. Установлено влияние рельефа подложки на продольные шаговые параметры топографии пленок. Размер и поверхностная плотность частиц микрокапельной фракции изучены методом растровой электронной микроскопии. Частотные распределения микрокапельной фракции по размерам удовлетворительно аппроксимируются логнормальным распределением. В режиме облучения собственными ионами размер 60–70% микрочастиц составляет до 0.8 мкм. Впервые для аппроксимации гистограмм распределения локальных максимумов и минимумов рельефа пленок использована двойная функция Гаусса, что позволило повысить точность описания по сравнению с нормальным законом. Показана эффективность этого подхода при анализе структурообразования нанометровых пленок на различных стадиях роста. С привлечением модели бигауссовой поверхности определена роль топографических характеристик при управлении смачиванием модифицированных покрытий. Обсуждается механизм гетерогенного смачивания гидрофильных пленок в состоянии Касси с краевыми углами контакта в интервале 50°–80°. В потенциальном режиме при увеличении продолжительности нанесения до 10 ч распределение рельефа пленок близко к нормальному закону, и формирование на поверхности развитой субмикронной конусообразной морфологии приводит к смешанному смачиванию.
88–104
Фрактальные свойства поверхности сплавов Nd100–xFex в модели фрактальной термодинамики
Аннотация
В работе проведено исследование фрактальных свойств поверхности сплавов Nd100–xFex в широком интервале концентраций х (х = 20–90) в рамках модели фрактальной термодинамики. Для этого нами проведен анализ изображений, полученных методом растровой электронной микроскопии, поверхностей серий сплавов Nd100–xFex, синтезированных методом индукционной плавки. Показана высокая степень близости структуры поверхности всех исследованных образцов как до травления, так и после, к фракталам. Значения параметра δ, характеризующего относительное уклонение исследуемых образцов от фрактала заключены в интервале 0.017–0.029. Построены трехмерные диаграммы фрактальных параметров Sf , Tf , Ef , x и двумерные диаграммы тех же параметров, отображающие характер состояния поверхностей образцов сплавов Nd100–xFex до и после травления. Для всех исследованных образцов сплавов вычислены значения параметров фрактальных уравнений состояния. Установлена корреляция максимального значения коэрцитивной силы Hc = 4.8 кЭ со значениями фрактальной энтропии Sf = 39.86, фрактальной температуры Tf = 529 и фрактальной размерности D = 2.6530 сплавов Nd100–xFex при х = 20.
105–112