№ 4 (2024)

Методами твердофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии при 350°С выращены поликристаллические и эпитаксиальные пленки моносилицида железа (FeSi) толщиной 3.2–20.35 нм на подложке Si(111), что подтверждено данными рентгеновской дифракции. Исследования морфологии показали, что пленки сплошные и гладкие со среднеквадратичной шероховатостью от 0.4 до 1.1 нм при росте методом твердофазной эпитаксии, а в случае молекулярно-лучевой эпитаксии имеют повышенную шероховатость и состоят из коалесцировавших зерен с размерами до 1 мкм и плотностью проколов до 1 × 10⁷ см^–2. При твердофазной эпитаксии увеличение толщины приводит к неполному образованию силицида и появлению слоя неупорядоченного моносилицида железа толщиной от 10 до 20 нм с возможным избытком железа. Это подтверждено изменением характера температурной зависимости удельного сопротивления ρ от полупроводникового до полуметаллического и уменьшением удельного сопротивления в полтора–два раза. Установлен немонотонный характер температурной зависимости удельного сопротивления ρ(T) ультратонкой пленки FeSi толщиной 3.2 нм, на котором выделены максимум при 230–240 К, участок роста от 160 до 65 К с E_g = 14.8 мэВ и дальнейший рост без насыщения до температуры 1.5 К. При увеличении толщины пленок FeSi, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, минимум и максимум не наблюдаются, но сохраняется тенденция немонотонного роста ρ(T) с уменьшением температуры и открытием запрещенной зоны E_g = 23 мэВ. Рассмотрены вероятные причины возникновения эффектов на зависимостях ρ(T). В ультратонкой и тонкой пленках FeSi, выращенных методами твердофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии соответственно, обнаружен аномальный эффект Холла, который подтвержден слабыми ферромагнитными свойствами пленок. Полученные результаты доказали возможность роста и управления свойствами ультратонких и тонких пленок FeSi на кремнии, полученных методами твердофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии, что обеспечило их уникальные транспортные и магнитные свойства, отсутствующие у монокристаллов.

Методами рентгеновской дифракции и ИК-спектроскопии исследована структура и химический состав нанокомпозитных пленок на основе поли-n-ксилилена, содержащих в качестве наполнителя сульфид кадмия (CdS). Пленки были синтезированы методом полимеризации из газовой фазы на поверхности при совместном осаждении паров мономера п-ксилилена и CdS, имели толщину ~0.2 и ~1.5 мкм и содержали от 5 до 90 об. % CdS. Показано, что структура полимерной матрицы и наполнителя в таких пленках может существенно изменяться в зависимости от их толщины и содержания наполнителя. Выявлены различия в химических составах пленок толщиной ~0.2 и ~1.5 мкм, вызванные их частичным окислением при контакте с воздухом после синтеза. Обсуждается возможное влияние гидроксильных групп на формирование кристаллических структур CdS в пленках. Для пленок толщиной ~0.2 мкм установлена корреляция структурных превращений при изменении содержания CdS с полученными ранее зависимостями темновой проводимости и фотопроводимости.

В настоящей работе впервые исследовано влияние соотношения потоков элементов III и V групп на структурные и оптические характеристики нитевидных нанокристаллов InGaN, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Обнаружено, что формирование нитевидных нанокристаллов InGaN со структурой “ядро–оболочка” происходит в том случае, если соотношение потоков элементов III и V групп с учетом коэффициента встраивания In составляет ~0.9–1.2. При этом повышение соотношения потоков элементов III и V групп от промежуточных условий роста к металл-обогащенным приводит к уменьшению содержания In от ~45 до ~35% в нитевидных нанокристаллах. Образцы такого типа демонстрируют фотолюминесценцию при комнатной температуре с максимумом в диапазоне 600–650 нм. Дальнейшее повышение соотношения потоков элементов III и V групп до ~1.3 либо его понижение до ~0.4 приводят к формированию сросшихся наноколончатых слоев с низким содержанием In. Полученные результаты могут представлять интерес для изучения процессов роста нитевидных нанокристаллов InGaN и создания RGB светоизлучающих устройств на их основе.

В ходе исследования оптических свойств твердых растворов Bi₂Te₃–Sb₂Te₃ р-типа проводимости в инфракрасном диапазоне было обнаружено, что в монокристалле Bi_0.6Sb_1.4Te₃ происходит деформация спектров коэффициента отражения в интервале частот наблюдения плазменного резонанса свободных носителей заряда. Деформация плазменного края усиливается при уменьшении температуры. При помощи дисперсионных соотношений Крамерса–Кронига из экспериментальных спектров отражения рассчитаны спектральные зависимости действительной ε₁ и мнимой частей ε₂ функции диэлектрической проницаемости, а также функции энергетических потерь характеризующей скорость диссипации энергии. Обнаружено расщепление пика функции энергетических потерь, свидетельствующее о воздействии на плазменный резонанс со стороны другого процесса, протекающего в электронной системе. Установлено, что таким процессом является переход электронов между неэквивалентными экстремумами валентной зоны. Сближение энергий коллективного и одночастичного возбуждений электронной системы приводит к усилению электрон-плазмонного взаимодействия, которое и является наиболее вероятной причиной наблюдающейся деформации плазменного края.

Методом молекулярно-динамического моделирования проведено исследование процессов при падении молекулярных ионов C₆₀ с энергией от 2 до 14 кэВ на поверхность Si(100) при температурах от 0 до 1000 К. Использованы потенциалы взаимодействия Tersoff–ZBL и Airebo, а также учтены электронные потери энергии быстрых частиц. Показано, что при моделировании одиночных событий температура мишени не влияет на развитие каскада смещений, но оказывает влияние на ход процесса его термализации и формирование кратера на поверхности. С повышением энергии увеличивается глубина проникновения углерода в мишень, размеры формируемого кратера и бруствера вокруг него. Коэффициент распыления атомов кремния в этом случае линейно растет с энергией, а в случае атомов углерода выходит на установившееся значение при 10 кэВ. Использование потенциала Tersoff дает при одиночных падениях большее количество распыленных атомов углерода по сравнению с Airebo. При последовательном падении на начальном этапе наблюдается формирование лунки травления, а затем рост углеродной пленки. В отличие от одиночных событий использование потенциала Airebo в случае кумулятивного накопления ионов дает более высокий коэффициент распыления, чем потенциал Tersoff. Образование карбидных связей в кристалле и увеличение их концентрации с ростом флуенса ионов несколько уменьшает количество распыляемых частиц. Поэтому для корректного сравнения результатов моделирования с экспериментом недостаточно использовать результаты анализа одиночных падений, необходимо проведение моделирования кумулятивного накопления флуенса.

Слоистые композиционные материалы на основе ниобия и металлокерамики получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза из предварительно структурированных образцов с использованием металлических фольг (Ti, Nb, Ta, Ni) и реакционных лент (Ti + 1.7B) и (5Ti + 3Si). Реакционные ленты для синтеза изготавливали прокаткой из порошковых смесей. Морфология, элементный и фазовый составы синтезированных многослойных композиционных материалов были изучены методами растровой электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Отдельное внимание было уделено формированию промежуточных слоев и модификации поверхности, происходящих в процессе горения. Прочностные характеристики синтезированных материалов определяли по схеме трехточечного нагружения при температуре 1100°С. Анализ полученных материалов показал, что соединение в режиме горения металлических фольг и реакционных лент, обеспечивается за счет реакционной диффузии, взаимной пропитки и химических реакций, протекающих в реакционных лентах и на поверхности металлических фольг. Формирование тонких промежуточных слоев в виде металлокерамики и эвтектических растворов обеспечивает синтезированным многослойным материалам хорошие прочностные свойства до 87 МПа при 1100°С. Данные результаты представляют интерес для разработки конструкционных материалов, работающих в экстремальных условиях.

Представлен обзор результатов цикла работ, выполненных объединенной группой сотрудников ИЯИ РАН и ГНЦ РФ–ФЭИ на спектрометре по времени замедления нейтронов в свинце СВЗ-100 по измерению сечений деления изотопов америция ²⁴¹Am, ^242mAm, ²⁴³Am нейтронами с энергией ниже 100 кэВ. Высокая светосила СВЗ-100 благодаря большой массе рабочего вещества (100 т особо чистого свинца) и генерации нейтронов протонами с энергией 209 МэВ ускорителя ИЯИ РАН позволила исследовать нейтронно-ядерные процессы в микрограммовых образцах радиоактивных нуклидов, что недоступно в экспериментах, использующих времяпролетную спектрометрию. Получена уникальная научная информация, которая частично восполняет отсутствовавшие либо дополняет имеющиеся, но зачастую противоречивые или недостаточные данные экспериментов, выполненных как на времяпролетных установках, так и на спектрометрах по времени замедления в свинце других исследовательских центров. Результаты работ ИЯИ РАН–ГНЦ РФ–ФЭИ отражены в международных базах ядерных данных и указывают в ряде случаев на необходимость корректировки рекомендованных аппроксимирующих и расчетных значений. Приведены сведения о немногочисленных реализованных и планируемых исследованиях нейтронных сечений делений изотопов америция в других центрах после завершения работ ИЯИ РАН–ГНЦ РФ–ФЭИ.