№ 7 (2024)

Методом нейтронной рефлектометрии зеркального отражения в диапазоне 15–150°C исследованы температурные зависимости структурных параметров тонких пленок нанокомпозитов полистирол-фуллерен С₆₀/С₇₀ с низким содержанием наночастиц в окрестности температуры стеклования полимерной матрицы. Полученные зависимости толщин пленок от температуры использованы для оценки температуры стеклования пленочных композитов. В случае пленок c фуллереном С₆₀ зависимость имеет стандартный вид. Температура стеклования композитной пленки понижается в сравнении с известным значением для чистого объемного полимера. В случае пленок c фуллереном С₇₀ при переходе к большим температурам наблюдается немонотонная зависимость толщины пленки, затрудняющая применение общего подхода.

Исследованы высоковольтные плавные p⁰–i–n⁰-переходы в твердых растворах Al_xGa_1–xAs_1–ySb_y с y до 15%, способных поглощать излучение с длиной волны 1064 нм, выращенные на подложках GaAs методом жидкофазной эпитаксии за счет автолегирования фоновыми примесями. Состав жидкой фазы и температурный интервал выращивания были выбраны такими, чтобы содержание соединений алюминия x по толщине эпитаксиального слоя монотонно уменьшалось от заданных значений около 34% до нескольких процентов у поверхности слоя, а содержание соединений сурьмы y увеличивалось. В этом случае ширина запрещенной зоны плавно уменьшалась от подложки к поверхности слаболегированного слоя и достигала искомого значения ~1.16 эВ. С помощью измерения вольт-фарадных характеристик и нестационарной спектроскопии глубоких уровней в них выявлены конфигурационно-бистабильные “DX-центры”, связанные с донорными примесями Si и Se/Te. В исследованных гетерофазных эпитаксиальных слоях обнаружено отсутствие глубоких энергетических уровней, связанных с дислокациями. С помощью метода обратного восстановления диода было определено эффективноe время жизни неосновных носителей заряда в базовых слоях диода Al_xGa_1–xAs_1–ySb_y/GaAs. Полагая, что время жизни неосновных носителей определяется, в основном, захватом дырок акцептороподобным глубоким уровнем DX^– Si в n⁰-слое материала, была проведена оценка величины сечения захвата дырок на уровень DX^–. Сечение захвата оказалось равным 6 × 10^–15 см^–2.

В работе представлены экспериментальные результаты по исследованию процессов роста GaAs слоев на подложках кремния методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Установлено, что формирование буферного Si слоя в едином ростовом процессе позволяет существенно повысить кристаллическое качество формируемых на его поверхности GaAs слоев, а также предотвратить формирование антифазных доменов как на разориентированных в направлении [110], так и на сингулярных на Si(100) подложках. Продемонстрировано, что применение циклического термического отжига при температурах 350–660°C в потоке атомов мышьяка позволяет снизить количество прорастающих дислокаций и повысить гладкость поверхности в GaAs слоев. Рассмотрены возможные механизмы, приводящие к улучшению качества приповерхностных слоев GaAs. Показано, что полученные таким образом слои GaAs субмикронной толщины на сингулярных подложках Si(100) обладают среднеквадратичным значением шероховатости поверхности 1.9 нм. Представлена принципиальная возможность использования тонких слоев GaAs на кремнии в качестве шаблонов для формирования на их основе светоизлучающих полупроводниковых гетероструктур с активной областью на основе самоорганизующихся квантовых точек InAs и квантовой ямы InGaAs. Показано, что полученные материалы демонстрируют фотолюминесценцию в области длины волны излучения 1.2 мкм при комнатной температуре.

В работе приведены результаты теоретического исследования электронной структуры и электрической проводимости одностенных золотых нанотрубок с индексами хиральности (4, 0), (5, 0), (6, 0), (7, 0), (4, 4) и (5, 5). Моделирование проводили по теории функционала плотности и методом неравновесных функций Грина. Были использованы обменно-корреляционный функционал Пердью–Бурке–Эрнцерхофа и двухэкспоненциальный базисный набор. Была продемонстрирована важность использования базисных наборов с поляризационными функциями при изучении электрических свойств золотых нанотрубок. Анализ результатов расчетов показал, что функции пропускания исследованных нанотрубок сложным образом зависят от их структуры, но в целом растут с увеличением диаметра. Зависимость функции пропускания от энергии электрона не позволяет априори говорить о линейности вольт-амперной характеристики золотых нанотрубок в пределах какого-либо конечного интервала напряжений. Кроме бездефектных одностенных золотых нанотрубок, были исследованы и золотые нанотрубки разного диаметра с дефектом типа вакансии. Это позволило оценить влияние такого дефекта на атомную структуру и электрическую проводимость одностенных золотых нанотрубок. Было продемонстрировано, что падение проводимости может варьироваться в широких пределах, коррелируя с изменением атомной структуры.

Дифракционное излучение широко используется для неразрушающей диагностики пучков заряженных частиц. В серии предшествующих работ был разработан метод описания дифракционного излучения нерелятивистской частицы на идеально проводящей сфере, основанный на известном из электростатики методе изображений. Этот метод позволяет получить аналитические выражения для двух основных характеристик излучения — спектрально-угловой плотности и поляризации. Характерные особенности этих величин допускают возможность разработки на их основе новых методов мониторинга параметров траектории движущейся частицы по отношению к сфере. В работе получены формулы, описывающие поляризацию когерентного дифракционного излучения, создаваемого на металлической сфере коротким сгустком частиц (pancake-bunch). Показано, что регистрация поляризации излучения позволяет оценить положения краев пролетающего сгустка относительно центра сферы. Это можно использовать для неразрушающего определения характерных размеров сгустка.

Методом высокоразрешающей растровой электронной микроскопии экспериментально продемонстрировано формирование тонких поверхностных аморфных слоев нанопористого Ge различной морфологии во время низкоэнергетической высокодозовой имплантации ионами металлов различной массы ⁶³Cu⁺, ¹⁰⁸Ag⁺ и ²⁰⁹Bi⁺ монокристаллических подложек с-Ge. Анализ структуры, полученных слоев нанопористого Ge проводили методом дифракции обратно рассеянных электронов. Показано, что при облучении ионами с малой энергией ⁶³Cu⁺ и ¹⁰⁸Ag⁺ на поверхности c-Ge формируются игольчатые нанообразования, составляющие тонкий нанопористый слой Ge, тогда как при использовании ²⁰⁹Bi⁺ имплантированный слой состоит из плотно упакованных нанонитей. При высокой энергии ионов облучения морфология тонких поверхностных слоев нанопористого Ge с ростом массы внедряемого иона меняет свою форму последовательно от трехмерной сетчатой до губчатой, образованной отдельными разреженными переплетающимися нанонитями. Обсуждены общие возможные механизмы порообразования в Ge при низкоэнергетической высокодозовой ионной имплантации, такие как кластерно-вакансионный, локального термического микровзрыва и точечного нагрева, сопровождающегося плавлением с эффективным распылением облучаемой поверхности.

Представлена аналитическая теория отражения легких ионов от твердых тел, основанная на методе решения задачи упругого рассеяния (метод Освальда–Каспера–Гауклера), успешно апробированном в теории электронного рассеяния. Решение граничной задачи отражения легких ионов от поверхности твердого тела построено на основе метода инвариантного погружения Амбарцумяна. Рассмотрено взаимодействие частиц с аморфными и поликристаллическими мишенями. Получены аналитические формулы расчета интегральных коэффициентов отражения частиц и энергии. Показано, что аналитическое решение удается получить только в рамках малоуглового приближения. Вывод аналитических решений построен на основе распределения отраженных легких ионов по длине пробега с учетом максимального остаточного пробега — “тормозного пути”. Показано, что в рамках аналитической теории коэффициенты отражения определяются двумя безразмерными параметрами: отношением остаточного пробега к транспортному пробегу и параметром экранирования. Проведено сравнение результатов теоретического рассмотрения с данными компьютерного моделирования. Численные расчеты выполнены для случая отражения протонов с начальной энергией E₀ = 1–10 кэВ от мишеней Be, C, Cu и W для различной геометрии рассеяния. Полученные результаты расчетов коэффициентов отражения частиц и энергии показывают удовлетворительное согласие аналитических расчетов и компьютерного моделирования.

Исследованы плотности электронных состояний в квазидвумерных нитридах ванадия в рамках теории функционала плотности и метода гамильтониана заселенности орбиталей. Проведен анализ вклада различных орбитальных пар и их влияния на стабильность магнитной подсистемы этих соединений с использованием алгоритма гамильтониана заселенности орбиталей в кристалле (crystal orbital Hamilton population — COHP). Результаты расчетов и их анализ позволяют предположить, что формирование дальнего магнитного порядка играет роль в структурной стабилизации магнитных квазидвумерных нитридов переходных металлов. Сравнение кривых COHP для различных нитридов ванадия показывает, что стехиометрия азота в соединениях V_xN_y влияет на электронные свойства и природу химической связи при переходе в ферромагнитное состояние. Данные расчетов и значения полной энергии доказывают структурно-стабилизирующий эффект дальнего магнитного упорядочения в квазидвумерных соединениях ванадия с азотом.