№ 1 (2023)

Впервые получены бинарные и тройные комплексы фуллеренов и дифталоцианинов европия с детонационными наноалмазами, способными служить платформами для доставки этих гидрофобных молекул в водные биологические среды для задач магнитно-резонансной томографии, фотодинамической терапии, диагностики с помощью люминесцентных меток. Детонационные наноалмазы (размер ~4–5 нм) имели положительный потенциал (30–70 мВ) в водной среде за счет привитых к поверхности групп (CH, COH) в результате термообработки в атмосфере водорода. При взаимодействии положительно заряженных алмазов с электроотрицательными гидратированными фуллеренами в водной среде исходные агрегаты каждого из компонентов разрушались, а электростатическое притяжение между ними приводило к формированию устойчивых компактных комплексов размером ~20 нм по данным динамического рассеяния света и рассеяния нейтронов в коллоидах (20°С). Бинарные комплексы включали в среднем по две молекулы фуллерена на 30–40 алмазных частиц. При введении молекул дифталоцианина в бинарный коллоид формировались устойчивые тройные структуры. Полученные комплексы алмазов, фуллеренов и молекул дифталоцианина перспективны для биомедицинских применений благодаря люминесцентным и магнитным свойствам компонентов.

Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и рентгеновской спектроскопии поглощения исследованы особенности электронной и локальной атомной структуры эрбиевых металлопорфиринов Er(acac)TPPBr₈, Er(acac)TPP и прекурсорных тетрафенилпорфиринов TPP и TPPBr₈. С помощью фотоэлектронной спектроскопии определены параметры структуры остовных уровней Er4d, N1s, C1s, O1s, Br3d и валентной зоны. Установлен характер изменения электронной структуры тетрафенилпорфиринов при внедрении центрального атома эрбия – равномерное перераспределение электронной плотности между атомами азота пиррольной и аза-группы. Из анализа спектров рентгеновского поглощения установлено влияние присоединения брома в мезо-позиции макроцикла на параметры локальной атомной структуры эрбиевого порфиринового комплекса и подтверждено целочисленное трехвалентное состояние металла (Er³⁺) в редкоземельных металлопорфиринах.

Радиационная физика XXI в., комбинирующая особые физические свойства материалов и объектов (нанообъектов, фракталов и других) с сильной неравновесностью, демонстрирует множество необычных нелинейных эффектов и их трактовку. Это особенно проявляется в случае высокоинтенсивного облучения различной природы и широкого энергетического спектра. Учет пяти различных каналов передачи энергии от радиации к веществу (упругое рассеяние, ионизация, тепловыделение, упругие и ударные волны) делает труднообозримым число новых необычных комбинаций радиационного отклика, изучение которого на современном этапе, по-видимому, оказывается возможным с помощью концепции “сложность”. Среди различных характеристик облучаемых объектов особую роль играет иерархичность их структуры, которая принципиально важна для объектов как неживой, так и живой природы. Особенность включения в анализ радиационных эффектов объектов иерархической структуры приводит к новой ситуации – вовлечению идей кибернетики в радиационную физику. Здесь возникают вопросы нового типа, касающиеся взаимосвязи радиации и информации, в частности, влияния всего многообразия параметров радиации (энергии, интенсивности, дозы) на передачу информации с нижней платформы иерархических структур на более высокие и сжатие ее при этом. Решение этих проблем требует использования как новых теоретических подходов, так и модификации традиционных схем по отношению к элементарным актам атомных перестроек, типа кинетики и подходов к выявлению механизмов радиационных эффектов. Этот спектр вопросов сформулирован, и получено определенное решение применительно к объектам неживой и живой природы.

Изучено влияние режимов сильнополевой инжекции электронов на зарядовое состояние и дефектность МОП-структуры (металл–оксид–полупроводник) после радиационного облучения. Показано, что для стирания радиационно-индуцированного положительного заряда, накапливаемого в пленке SiO₂ МОП-структур, необходимо использовать сильнополевую туннельную инжекцию электронов по Фаулеру–Нордгейму при электрических полях, не вызывающих генерацию дырок. Установлено, что стирание радиационно-индуцированного положительного заряда в пленке SiO₂ МОП-структур и генерация новых поверхностных состояний в основном определяются величиной заряда, инжектированного в диэлектрик. Установлено, что при аннигиляции захваченных в SiO₂ дырок в результате взаимодействия с инжектированными электронами наблюдается существенное увеличение количества поверхностных состояний, значительно превышающих количество поверхностных состояний, возникающих при отжиге радиационно-индуцированного заряда при комнатной температуре. Предложена модель, описывающая процесс аннигиляции радиационно-индуцированного положительного заряда при взаимодействии с инжектированными электронами.

Исследовано влияние мощного импульсного лазерного излучения, создаваемого в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности (плотность мощности потока q = 1.2 × 10¹² Вт/м², длительность импульса τ₀ = 50 нс, число импульсов N = 1–4) в вакууме, на пористую структуру поверхности образцов ванадия, сформированную после имплантации ионов гелия (энергия 30 кэВ, доза 2.0 × 10²³ м^–2, плотность потока ионов 4.8 × 10¹⁸ м^–2 · с^–1, температура ~500 К), а также на ее микротвердость, которую определяли двумя способами – по восстановленному отпечатку и методом кинетического индентирования. Показано, что облучение ионами гелия вызывает упрочнение ванадия примерно в два раза, а значения микротвердости, определяемые по восстановленному отпечатку, несколько ниже значений кинетической микротвердости. Установлено, что в обоих случаях в результате разрушения мишеней под влиянием лазерного излучения появляется лунка, окруженная бруствером, за которым расположена зона термического влияния. В этой зоне наблюдается эрозия, вызванная разрушением куполов пузырей-блистеров, заполненных имплантированным гелием и атомами примесей (С, О, N), присутствующими в жидком металле. Установлено, что с увеличением количества лазерных импульсов микротвердость в лунке снижается, в то время как узкая область вокруг нее закаливается, а при дальнейшем удалении от лунки микротвердость приближается к значениям, соответствующим имплантированному ионами гелия ванадию.

Изучен электронный обмен атомной частицы (заряженного иона или нейтрального атома) с металлической поверхностью, содержащей дефект в виде атомной ступени. Инструментом исследования является трехмерное компьютерное моделирование. Рассмотрена модельная статическая задача, когда частица закреплена над поверхностью. Получены расчетные данные о зависимости основных параметров перезарядки – энергетического положения и ширины уровня частицы (определяет эффективность электронного обмена) – от расстояния до поверхности и латерального положения частицы.

Сформулирована модель тлеющего газового разряда при наличии на катоде тонкой диэлектрической пленки. В ней принимается во внимание, что при протекании разрядного тока вследствие бомбардировки катода ионами на пленке накапливаются положительные заряды, создающие в ней сильное электрическое поле. В результате начинается полевая эмиссия электронов из металлической подложки катода в диэлектрик, которая при повышении его температуры переходит в термополевую эмиссию. Электроны двигаются в пленке, ускоряясь электрическим полем и тормозясь при столкновениях с фононами, и часть из них выходит из пленки в разряд, увеличивая эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии катода. Напряженность электрического поля в пленке находится из условия равенства плотности разрядного тока и плотности эмиссионного тока из подложки катода в пленку. Рассчитаны зависимости эмиссионной эффективности пленки, эффективного коэффициента ионно-электронной эмиссии катода и характеристик разряда от температуры катода. Показано, что уже при температуре, превышающей комнатную на несколько сотен градусов, термическое усиление полевой электронной эмиссии из металлической подложки в пленку может оказывать заметное влияние на эмиссионные свойства катода и вольт-амперную характеристику разряда.

Численно изучены некоторые особенности электронного обмена между ионами и поверхностью металлов, обусловленные ее атомной структурой. Моделирование основано на трехмерной реализации метода распространения волновых пакетов. Изученная система состояла из металлической поверхности Al(110) и возбужденного атома водорода с электроном, находящимся в p-состоянии, которому не свойственна сферическая симметрия. При рассмотрении модельной статической задачи было показано, что электронный обмен более эффективен при ориентации оси симметрии p-орбитали перпендикулярно поверхности металла, нежели параллельно. Также анализ полученных данных показал, что зависимость заселенности энергетического уровня атома от времени имеет экспоненциальный спад. Рассмотрение динамической задачи показывает, что для движущегося вдоль поверхности металла возбужденного атома водорода электронный обмен не зависит от ориентации p-орбитали относительно направления движения атома. Исследование динамики электронного обмена с поверхностью позволяет наблюдать для p-орбиталей, ось симметрии которых направлена параллельно поверхности металла, расхождения двух частей электронной плотности переходящего на поверхность электрона относительно плоскости симметрии p-орбитали.