Свойства и структура молекулярных систем

Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. Приведены основные сведения об особенностях энергетического спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника (спинтроника) и фотонные кристаллы.

Рассматриваются вопросы, связанные с новыми тенденциями развития кремниевой наноэлектроники, увеличением чувствительности нанопроволочных химических и биологических сенсоров, созданием ПЗС-фотоматриц высокой плотности и чувствительности и их применение в цифровой фото- и видеоаппаратуре. Приведены основные сведения об особенностях энергетического спектра и транспорта носителей заряда в одномерных системах (квантовых проводниках) и углеродных нанотрубках. Кратко изложены термины, принципы, достижения и перспективы в таких быстро развивающихся областях, как магнитоэлектроника (спинтроника) и фотонные кристаллы.

В пособии дается первое в учебной литературе изложение теоретико-вероятностного подхода к интерпретации дифрактограмм неупорядоченных и упорядочивающихся твердых растворов. Изложение материала ведется в рамках модульной технологии обучения. Все рассуждения для наглядности проводятся на примере твердых растворов окислов с относительно простой глобальной структурой перовскита. Все обобщения на другие структуры тривиальны и потому вынесены в задачи. Для облегчения усвоения материала студентами младших курсов в пособие включен модуль, содержащий необходимые общие сведения об описании и интерпретации дифрактограмм кристаллов.

Издаётся с декабря 2013 года (прежнее название [2013–2015] "Вестник МГТУ МИРЭА"). Международный журнал, призванный освещать результаты фундаментальных и прикладных междисциплинарных исследований, технологических и организационно-экономических разработок, направленных на развитие и совершенствование современной технологической базы, публикует оригинальные экспериментальные и теоретические работы в виде полных статей, кратких сообщений, а также авторские обзоры и прогнозно-аналитические статьи по актуальным вопросам сферы высоких технологий.

Рассмотрена физикохимия процессов формирования аморфных и нанокристаллических материалов при плазменном напылении. Описаны теплофизические особенности высокоскоростной закалки расплава при формировании материалов с неравновесной структурой. Предложена критериальная оценка структурного состояния напыляемых слоев. Особое внимание уделено комплексным исследованиям структурного состояния и физико-химических свойств широкого спектра соединений металлов (Fe–B, Co–Fe–Ni–B–Si, Al–Fe–Cu) и керамик (ферритов и композиций на их основе, высокотемпературных сверхпроводников). Приведены примеры практического применения напыленных аморфных и нанокристаллических материалов.

В монографии освещается современное состояние вопросов влияния импульсных нагружений на процессы фазообразования и характер взаимодействия металлов с атомами внедрения в широком температурном интервале, включая криогенные температуры. Выясняется роль импульсных упругих деформаций различного вида в образовании твердых растворов и фаз при взаимодействии металлов с легкими элементами. Рассматриваются различные факторы влияния импульсной пластической деформации на скорость массопереноса и особенности фазообразования в металлах и сплавах. Предлагается возможная модель процесса взаимодействия металлов с элементами внедрения при импульсной пластической деформации.

В пособии рассматриваются основные процессы лазерной, ионной, плазменной, электроэрозионной, ультразвуковой обработки, происходящие в твердом теле при электронном воздействии. Приведены технологические процессы улучшения характеристик изделий при различных технологических обработках. Изложена феноменологическая модель изменения физических и механических свойств материалов под действием концентрированных потоков энергии.

Монография посвящена результатам исследования морфологии, структуры и физико-химических свойств нанокомпозитных материалов на основе оксидов 3d-металлов с углеродной и кремниевой матрицами.

В пособии рассмотрены элементы электронной теории металлов, классической и квантовой статистики. Даны общие сведения о полупроводниках, описаны механизмы кинетики носителей заряда и проводимость полупроводников. Рассмотрено явление сверхпроводимости. Достаточно подробно изложены контактные явления. Обсуждаются особенности гетеропереходов.

Показано влияние условий переработки эластомерных композиций на изменение молекулярных характеристик каучуков и основные физико-механические свойства резиновых смесей и вулканизатов. Рассмотрена взаимосвязь молекулярных и реологических характеристик эластомеров.

Нанотехнология - это технология работы с молекулами. Прогнозируется, что ее развитие приведет к революционным успехам в медицине, электронике, информационных технологиях, энергетике и других областях человеческой деятельности. Данная монография является живым и образным введением в методы и задачи наноинженерии. В ней отражены сложности, возникающие при проектировании и конструировании вычислительных наноустройств. Детально рассмотрены этапы развития этого нового направления в науке. Основное внимание уделяется методу молекулярной динамики, который применяется для анализа нового класса задач, направленных на исследование свойств атомных кластеров (которые, в свою очередь, являются основой для наноустройств). Приводятся полные сведения из области смежных фундаментальных наук (биологии, физики, химии, информатики и техники), необходимые для понимания излагаемого в работе материала.

В монографии излагается современное состояние науки о формировании, исследовании и свойствах наноструктурированных полупроводников халькогенидов свинца PbX (X = Те, Se, S). Рассмотрены размерные эффекты в изучаемых материалах, подробно обсуждены новые подходы создания низкоразмерных систем на основе электрохимических и плазменных процессов.

Рассмотрены различные методы получения ультрадисперсных (нано-) материалов — механические, физические, химические, биологические. Обобщены современные представления об электрических, магнитных, тепловых, оптических, диффузионных, химических и механических свойствах наноматериалов. Подчеркнута и продемонстрирована зависимость этих свойств от структуры материала и геометрических размеров наночастиц. Значительное внимание уделено вопросам хранения и транспортировки наноматериалов.

Изложены теоретические основы кристаллофизики и кристаллохимии. Рассмотрены физические явления и процессы, происходящие в диэлектриках при воздействии на них электрического поля: поляризация, электропроводность, диэлектрические потери и пробой.

Дано краткое описание способа измерения времени жизни неосновных носителей заряда методом модуляции проводимости точечного контакта. Измерения проводятся на образцах германия и кремния. В работе рассмотрен вопрос о времени жизни неосновных носителей заряда и изложена теория механизма рекомбинации через локальные центры захвата. Приведены краткие теоретические сведения о неравновесных процессах в полупроводниковых материалах, дано описание лабораторной установки, изложена методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных, указаны требования к отчету. В конце описания лабораторной работы приведены контрольные вопросы для самоподготовки студентов и список рекомендованной литературы.

Рассмотрен обобщенный вариант модели Кронига-Пенни для полимерной молекулы в виде регулярной цепочки D{0}-центров в квантовой проволоке, моделируемых потенциалами нулевого радиуса. Получены уравнения, определяющие границы примесной зоны. Показана возможность управления шириной примесной зоны и эффективной массой локализованного электрона путем варьирования величины внешнего магнитного поля.

Теоретически исследовано влияние внешних электрического и магнитного полей на среднюю энергию связи резонансного D{-}-состояния и ширину резонансного уровня в параболической квантовой яме. Предполагалось, что распадность примесного резонансного состояния обусловлена процессом диссипативного туннелирования. Показано, что наименьшее время жизни имеют резонансные D{-}-состояния, соответствующие D{-}-центрам, расположенным вблизи границ квантовой ямы. Найдено, что электрическое поле стимулирует распад резонансного примесного состояния за счет электронной поляризации и штарковского сдвига энергии. Показано, что магнитное поле оказывает стабилизирующее действие на резонансные D{-}-состояния в квантовой яме за счет эффекта магнитного вымораживания и блокировки туннельного распада.

Издаётся с декабря 2013 года (прежнее название [2013–2015] "Вестник МГТУ МИРЭА"). Международный журнал, призванный освещать результаты фундаментальных и прикладных междисциплинарных исследований, технологических и организационно-экономических разработок, направленных на развитие и совершенствование современной технологической базы, публикует оригинальные экспериментальные и теоретические работы в виде полных статей, кратких сообщений, а также авторские обзоры и прогнозно-аналитические статьи по актуальным вопросам сферы высоких технологий.

В рамках теории о квантовом туннелировании с диссипацией методом потенциала нулевого радиуса исследовано влияние параметров диссипативного туннелирования на среднюю энергию связи квазистационарных D{ (-) } - состояний, на ширину примесного уровня и фотоионизационные спектры квантовой молекулы.

Рассмотрены D{ (-) }-состояния в квантовом канале, находящемся в поперечном магнитном поле. В рамках модели потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы получено уравнение, определяющее зависимость энергии связи D{ (-) }-состояния от параметров потенциала структуры, координат D{ (-) }-центра и величины магнитного поля. Показано, что в квантовом канале имеет место пространственная анизотропия энергии связи D{ (-) }-состояния. Выявлена ее высокая чувствительность к величине магнитного поля в y-напрвлении квантового поля.

Показано, что анизотропная передача импульса фотона в электронной подсистеме приводит к появлению ЭДС фотонного увлечения электронов в стоячей электромагнитной волне вдоль оси спиральной нанотрубки, что подтверждает существующее в литературе предположение о том, что возникновение данного эффекта при наличии внешнего магнитного поля возможно не только в 2D-системах, но и в нанотрубках со спиральной симметрией. Рассмотрен один из возможных механизмов возникновения ЭДС, связанной с пространственной асимметрией электрон-фононного взаимодействия в спиральной нанотрубке, состоящий в том, что такая ЭДС может появляться при разогреве электронной системы джоулевым теплом протекающего по нанотрубке тока фотонного увлечения электронов.

Принцип действия приборов наноэлектроники в основном базируется на поверхностных эффектах, что обуславливает интенсивное использование для их создания материалов с развитой поверхностью, к каким относится пористый оксид алюминия. Однако до сих пор отсутствует единая теория, объясняющая рост при различных условиях формирования упорядоченной оксидной структуры на алюминии, определяющей выходные параметры приборов наноэлектроники. Проанализированы основные модели формирования гексагонально-упорядоченной структуры оксида алюминия: физико-геометрическая, коллоидно-электрохимическая, плазменная и механических напряжений.

Полупроводниковые квантовые проволоки с примесной зоной перспективны с точки зрения создания на их основе новых источников стимулированного излучения на примесных переходах, а также фотоприемников ИК-излучения с управляемой чувствительностью. Целью данной работы является теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на ширину примесной зоны, образованной регулярной цепочкой D{0} -центров с резонансными состояниями электрона в квантовой проволоке.

Издаётся с декабря 2013 года (прежнее название [2013–2015] "Вестник МГТУ МИРЭА"). Международный журнал, призванный освещать результаты фундаментальных и прикладных междисциплинарных исследований, технологических и организационно-экономических разработок, направленных на развитие и совершенствование современной технологической базы, публикует оригинальные экспериментальные и теоретические работы в виде полных статей, кратких сообщений, а также авторские обзоры и прогнозно-аналитические статьи по актуальным вопросам сферы высоких технологий.

Рассмотрены условия, влияющие на поликонденсацию в золь-гель-процессе. Выявлена корреляция между морфологией поверхности пленок и условиями их синтеза. Предложено исследование растворов золей и пленок на их основе методом ИК-Фурье спектроскопии.

Исследуется проблема управляемости двумерного диссипативного туннелирования в системе "игла кантилевера ACM/CTM - квантовая точка", моделируемой 2D-осцилляторным потенциалом, взаимодействующим с термостатом, во внешнем электрическом поле. Методом инстантонов рассчитана вероятность 2D-туннельного переноса и исследована ее зависимость от величины внешнего электрического поля. Полученные зависимости качественно соответствуют отдельным экспериментальным ВАХ для системы "платинированная игла кантилевера ACM/CTM - квантовая точка из золота", полученным в НИФТИ при ННГУ им. Н. И. Лобачевского. Экспериментально наблюдаемыми и устойчивыми оказываются предсказанные ранее 2D-туннельные бифуркации с диссипацией для случая параллельно туннелирующих взаимодействующих частиц.

В одноинстантонном приближении проведено теоретическое исследование влияния электрического поля на процесс 2D-туннелирования в квантовой молекуле, находящейся в матрице из метаматериала (с эффективно отрицательной диэлектрической проницаемостью) при конечной температуре. Показано, что устойчивый режим 2D-бифуркаций в такой матрице может иметь место в существенно более узком диапазоне параметров по сравнению с обычными диэлектрическими матрицами.

Выполнены расчеты средней энергии связи и ширины уровня резонансного D{ (-) }-состояния в квантовой молекуле при наличии внешнего электрического поля. Расчеты проводились в модели потенциала нулевого радиуса с учетом туннельного распада резонансного состояния. Показано, что внешнее электрическое поле стимулирует распад резонансных D{ (-) }-состояний в условиях диссипативного туннелирования.

Создана термодинамическая модель образования металлических кластеров. Показано, что выражение для функции распределения кластеров по размерам зависит от их взаимодействия с подложкой. Найден оптимальный размер кластера и показано, что его величина зависит от коэффициента поверхностного натяжения вещества, образующего кластер. Сопоставление вычисленных размеров кластеров железа хорошо согласуется с литературными данными.

В модели потенциала нулевого радиуса теоретически исследовано влияние внешнего электрического поля на спектры фотоионизации D{-}-центра с резонансным примесным уровнем в квантовой молекуле в условиях диссипативного туннелирования. Показано, что квантово-размерный эффект Штарка проявляется в красном смещении порога фотоионизации, а также в увеличении силы осциллятора дипольного оптического перехода. Исследован дихроизм примесного электрооптического поглощения, связанный с изменением правил отбора для осцилляторных квантовых чисел. Выявлена высокая чувствительность фотоионизационных спектров к параметрам диссипативного туннелирования.

Целью курса является формирование знаний о физико-химических закономерностях и технологиях получения современных тонкопленочных (монослойных) наноматериалов, их свойствах и новых явлениях, обусловленных предельно малой толщиной и влиянием подложек и соседних монослоев; об экспериментальных методиках исследования свойств монослойных материалов; о физических принципах создания нового поколения быстродействующих приборов и устройств на основе монослойных материалов, конструкциях и технологиях создания приборных структур на их основе, базовых физических принципах их функционирования, характеристиках и особенностях применения.

Настоящий обзор посвящен анализу развития теории квантового туннелирования с диссипацией применительно к проблеме электронного транспорта. Анализируются особенности туннельной динамики квантовой частицы, взаимодействующей с термостатом, а также существующие методы описания этой динамики, дающие аналитические результаты: метод инстантонов, ВКБ и др. Обсуждаются перспективы развития этого направления и спектр нерешенных проблем. Рассматриваются физические реализации, где преимущественным является туннельный распад.

Нанохимия - быстро развивающаяся область науки, направленная на получение и изучение физико-химических свойств частиц вещества, имеющих размеры в несколько нанометров, и материалов на их основе. Подобные частицы обладают высокой реакционной способностью в широком интервале температур и размерной зависимостью свойств. Исследования в области нанохимии открывают перспективы для синтеза химических веществ и функциональных материалов с принципиально новыми и необычными свойствами. Настоящее пособие может рассматриваться как введение в область нанохимии и служить для студентов определенным указателем и справочным руководством в обширном мире наносистем, наноструктур и наноматериалов. Специальные разделы посвящены способам получения и свойствам наночастиц металлов и оксидов металлов, углерода, нанокомпозитам и искусственным метаматериалам. В пособии приведены четыре примера получения наноматериалов, которые могут быть использованы при постановке отдельных лабораторных работ.

В практикуме представлены краткие теоретические сведения по кур- су «Термодинамика и структура твердого тела» и лабораторные работы, иллюстрирующие основные методы получения твердофазных материалов и экспериментальные подходы к исследованию фазового состава, кристал- лической структуры, морфологии, дисперсности и спекания, кислородной нестехиометрии и термодинамики разупорядочения, электрофизических и термомеханических свойств керамических оксидных материалов. Для студентов магистратуры, овладевающих техникой физико-хими- ческого эксперимента.

В книге представлен краткий теоретический материал, а также описание лабораторной установки и порядок выполнения эксперимента. Для самоподготовки и контроля знаний по изученным в ходе лабораторной работы темам предусмотрен перечень контрольных вопросов. При составлении практикума за основу приняты основные положения федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) бакалавров по направлению подготовки 03.03.02 Физика. Он включает в себя подробное описание всех лабораторных работ, выполняемых в течение одного семестра. Предназначено для студентов-физиков специальности 03.03.02, а также студентов БГУ всех форм обучения.

Теоретически исследован процесс фотовозбуждения примесных молекулярных ионов D{-}[2] в квазинульмерной структуре с учетом дисперсии радиуса квантовых точек в условиях внешних электрического и магнитного полей. Выявлен дихроизм примесного электрооптического поглощения, связанный с электронной поляризацией D{-}[2] - центра. Показано, что в магнитном поле имеет место "синий" сдвиг края полосы фотовозбуждения, обусловленный динамикой термов.

Методом потенциала нулевого радиуса в приближении эффективной массы исследована эволюция термов примесного молекулярного иона D{-}[2] в квантовой точке с параболическим потенциалом конфайнмента с изменением внешних электрического и магнитного полей. Показано, что внешнее магнитное поле стабилизирует D{-}[2] -состояние, а внешнее электрическое поле инициирует вырождение термов D{-}[2] - центра в квантовой точке.

Книга посвящена изучению симметрии и связанных с ней физических свойств анизотропных и текстурированных материалов, охватывает обширный диапазон разделов и является хорошим вводным курсом в основы кристаллофизики - науки, изучающей физические свойства кристаллов на основе симметрии. В доступной форме изложено учение о симметрии, симметрии кристаллов, симметрии физических явлений и математических величин: скалярных, векторных и тензорных характеристик материалов. Выявляются общие закономерности, устанавливающие связи между симметрией кристаллов и их физическими свойствами. Даются многочисленные приложения симметрии для описания электрических, оптических, магнитных, акустических и др. свойств материалов.

"Физика твердого тела представляет собой стремительно развивающуюся область, имеющую широкий спектр практических приложений. В последние годы эта область привлекает к себе пристальное внимание благодаря ярким результатам, отмеченным Нобелевскими премиями. В настоящей работе коллективом ученых ЯрГУ им. П. Г. Демидова представлены разделы современной физики конденсированного состояния, включающие как традиционное изложение, так и описание явлений в низкоразмерных структурах. Работа предназначена для студентов, обучающихся по специальности 010803 Микроэлектроника и полупроводниковые приборы (дисциплина ""Физика твердого тела"", блок ОПД), очной формы обучения, а также для аспирантов, специализирующихся в областях микрои наноэлектроники и физики твердого тела."

Теоретически исследуется влияние температуры, внешнего электрического поля и диэлектрической матрицы на наличие 2D-туннельных бифуркаций в системе ACM/CTM - металлическая КТ или в квантовой молекуле. Для указанных управляющих параметров построена фазовая диаграмма смены режимов туннелирования и выявлено, что режим 2D-туннельных бифуркаций может наблюдаться для экспериментально реализуемых значений относительной диэлектрической проницаемости матрицы среды-термостата.

В статье теоретически исследованы эффекты влияния внешнего продольного электрического поля на оптические свойства квантовой проволоки с одномерной сверхрешеткой из потенциалов нулевого радиуса, которая моделирует регулярную цепочку D0-центров, расположенных вдоль оси квантовой проволоки. Показано, что с ростом величины внешнего электрического поля ширина примесной зоны увеличивается за счет увеличения степени перекрытия одноцентровых волновых функций. Найдено, что фотоионизационный спектр для квантовой проволоки с примесной зоной представляет собой отдельные полосы, промежутки между которыми заполнены осцилляциями, обусловленными интерференцией амплитуд вероятностей оптических переходов

Рассматривается модель 1D-диссипативного туннелирования для структур из квантовых точек в системе совмещенного АСМ/СТМ в условиях внешнего электрического поля. Найдено, что влияние локальной моды матрицы среды термостата на вероятность 1D-диссипативного туннелирования приводит к появлению двух пиков в соответствующей полевой зависимости, один из которых для случая симметричного двухъямного осцилляторного потенциала оказывается неустойчивым, а второй (дополнительный) - устойчивым. Полученная теоретическая зависимость качественно согласуется с экспериментальной вольт-амперной характеристикой контакта АСМ зонда к поверхности квантовой точки из InAs.

Рассмотрен метод пиролиза аэрозолей формирования нанокристаллических пленок SnO[2] для сенсорных микросистем. Выявлена корреляция между условиями синтеза и размером кристаллитов SnO[2].

В рамках кластерной теории вещества рассматриваются процессы самоорганизации димерных структур в конденсированных средах, которые становятся центрами формирования кластеров в веществе. Получены математические соотношения для расчета конфигурационных и энергетических характеристик димеров: равновесного расстояния между центрами масс частиц в конфигурации димеров, энтальпии образования димерной конфигурации и соответствующих частот в ИК-спектрах жидкостей. Приводятся предполагаемые схемы образования димерных конфигураций для молекул бензола, воды и некоторых парафинов; таблицы с расчетами главных моментов инерции и энтальпии образования димеров.

Рассматривается модель 1D-диссипативного туннелирования для структур из квантовых точек в системе совмещенного АСМ/СТМ в условиях внешнего электрического поля. Найдено, что влияние двух локальных мод матрицы среды термостата на вероятность 1D-диссипативного туннелирования приводит к появлению нескольких неэквидистантных пиков в соответствующей полевой зависимости. Полученная теоретическая зависимость качественно согласуется с экспериментальной вольт-амперной характеристикой контакта АСМ зонда к поверхности квантовой точки из InAs.

Теоретически рассмотрена модель кубита на полупроводниковой точке (КТ) с D{-}[2] - центром с управляемой внешним электрическим полем передислокацией двухцентровой волновой функции. Ортонормированный базис кубита 0 и 1 выбран таким образом, чтобы соответствовать локализованным состояниям электрона на центрированном доноре и на доноре, смещенном к границе КТ. Показано, что эффект передислокации двухцентровой волновой функции связан со смещением центра тяжести электронного облака как по энергии (кванторазмерный эффект Штарка), так и по координате. Показана возможность реализации в таком кубите квантового вентиля HE (NOT).

Разработка мультисенсорных систем для качественного и количественного анализа газового состава окружающей среды с высокой чувствительностью и низким энергопотреблением является актуальной задачей для нефтегазовой промышленности, медицины и т. д. Использование возмущающего электрического воздействия с переменной частотой при заданной рабочей температуре позволяет увеличить чувствительность и селективность элементов мультисенсорных систем. Целью работы является контролируемое изменение проводимости и емкости наноструктур на основе диоксида олова за счет условий получения для определения максимальной чувствительности и селективности сенсоров. Исследованы частотные зависимости емкости наноструктур на основе SiO[2]-SnO[2] при различной массовой доле диоксида олова. Установлено, что в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц наблюдается степенной вид частотной зависимости емкости с показателем степени n = 0, 3–0, 5 с последующим насыщением в области высоких частот.

В одноинстантонном приближении проведено теоретическое исследование влияния электрического поля на процесс туннелирования в квантовой молекуле с D{-}-центром. Показано, что наличие электрического поля приводит к трансформации двухъямного потенциала и, как следствие, к появлению на полевой зависимости вероятности туннелирования резонансного пика, когда двухъямный осцилляторный потенциал становится симметричным. Найдено, что данная особенность может быть идентифицирована в спектрах двухфотонного примесного поглощения.

Теоретически исследовано влияние параметров диссипативного туннелирования на спектральную зависимость вероятности двухфотонного примесного поглощения в квантовой молекуле. Показано, что влияние прозрачности туннельного барьера на двухфотонное примесное поглощение в квантовой молекуле проявляется в изменении ширины энергетических уровней виртуального и конечного состояний за счет варьирования таких параметров диссипативного туннелирования, как температура, частота фотонной моды и константа взаимодействия с контактной средой.

Теоретически исследовано влияние двумерного диссипативного туннелирования на вероятность двухфотонной ионизации D{-}-центра в системе двух взаимодействующих квантовых молекул. Выявлены эффекты 2D-туннельных бифуркаций и квантовых биений для случая параллельного 2D-туннелирования.