Свойства и структура молекулярных систем

О свойствах и использовании графена в микроэлектронике.

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.

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.

Приведены данные о химически стабильных кластерах углерода, получивших названия фуллеренов и нанотрубок, а также основные сведения о структуре и физико-химических свойствах этих наноматериалов, которые обуславливают широкие перспективы их применения, в том числе и в атомной отрасли. Рассмотрены основные теоретические модели и методы, использующиеся при моделировании кинетики образования ультрадисперсных (нано-) материалов и теоретическом описании их основных свойств. Приведены основные характеристики программы "HyperChem", разработанной для численного расчета физико-химических свойств кластерных систем с иллюстрацией содержательных примеров применения этой программы для расчетов энергетических характеристик кластеров углерода и азота и колебательных спектров различных двухатомных молекул.

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.

Представлена лабораторная работа по курсу общей физики. Изложены основные теоретические сведения о дифракции электронов на кристаллах и ее применении для определения межплоскостных расстояний — методе электронографии. Дано описание экспериментальной установки, описана методика выполнения эксперимента по определению межплоскостных расстояний кристалла графита, приведены порядок обработки полученных результатов и контрольные вопросы, требования к отчету о работе.

Using analogies, descriptions, illustrations and quotations from the works of famous metallurgical scientists, an attempt was done to link tetragonality, fragility, changes in the morphology of the martensite, destabilization of austenite carbon when % С > (~ 0,5 %) with intermediate phase ~ Fe42С (~ 0,5 % C). If % C > 0,5: martensite begins to change the morphology from dislocation to twin structure and become catastrophically fragile as well as becomes tetragonal without clasuse on smoothback during quench cooling; ferrite loses its ability to be widmanstatten and strengthen as a result of natural aging after subcritical quenching; the yield strength of ferrite-cementine mixture, regardless form of cementite, even begins to fall; the interval of martensite transformation starts to decrease, etc.

В работе показано, что два параллельных плоских дефекта в кристалле могут выступать в качестве волновода для квантовой квазичастицы или волны с биквадратным законом дисперсии. Определены энергии (частоты), при которых возбуждения локализуются между дефектами и свободно распространяются вдоль них. Установлено, что такие возбуждения соответствуют двум типам состояний: симметричным и антисимметричным

Перечислены основные математические методы, используемые при описании межатомарных взаимодействий: квантово-механические методы, методы молекулярной динамики на основе эмпирических потенциалов и молекулярно динамические методы на основе аппроксимации сильных связей. Приведены их достоинства и недостатки. Рассмотрен математический аппарат для приближенного расчета волнового уравнения атома на основе гамильтониана и теории сильных связей. Для моделирования перемещений взаимодействующих атомов использован корректирующий алгоритм расчета кинематических характеристик. Представлены два методологических этапа: расчетный, на котором задают начальные условия и определяют уровни энергетических барьеров возможных химических реакций, и модельный, на котором выполняют оценку сил межатомарного взаимодействия. Особенностью моделирования является комбинация методов молекулярной динамики и аппроксимации сильной связи. Преимущество такого подхода — существенное увеличение размеров системы без значительной потери точности при расчетах. Методология продемонстрирована на примере образования химических связей при адсорбции.

We used a Monte Carlo simulation of the structurally disordered three dimensional Ising model. For the systems with spin concentrations p = 0.95, 0.8, 0.6 and 0.5 we calculated the correlation-length critical exponent ν by finite-size scaling. Extrapolations to the thermodynamic limit yield ν(0.95) = 0.705(5), ν(0.8) = 0.711(6), ν(0.6) = 0.736(6) and ν(0.5) = 0.744(6). The analysis of the results demonstrates the nonuniversality of the critical behavior in the disordered Ising model.

Анализируются разработки в области нанотехнологий в Российской Федерации с 2007 по 2012 годы.

Получено аналитическое выражение для распределения кластеров по размерам. Формула учитывает поверхностное натяжение кластера, температуру роста и другие технологические параметры. Вычислены температурные зависимости коэффициента поверхностного натяжения и радиуса кластера. Результаты работы позволяют вычислить распределение кластеров по размерам по заданным технологическим параметрам процесса роста.

Проведен синтез квантовых точек (КТ) сульфида цинка микроволновым методом в водной среде с использованием диоктилсульфосукцпната натрия (DS) или 4,4'-бипиридина (ВР). Па основе анализа профилен рентгеновской дифракции сделано заключение, что полученные КТ имеют структуру кубической цинковой обманки со средним размером частиц 5.6 нм для образца ZnS[,s и 4,8 нм для ZnSBp- Снимки просвечивающей электронной микроскопии показали наличие сферических агрегатов частиц лишь в случае ZnSDs-Данные инфракрасной спектроскопии свидетельствуют о наличии в обоих образцах сульфат-ионов; DS остается в образце, способствуя агломерации КТ. в то время как ВР эффективно вымывается. По оптическим спектрам диффузионного рассеяния была оценена ширина запрещенной зоны, которая оказалась больше ожидаемой вследствие присутствия в образцах элементарной серы и частичного окисления поверхности КТ. Также в работе выполнено моделирование структуры КТ на основе частиц ZnS. Продемонстрирована возможность использования спектроскопии рентгеновского поглощения в ближней к краю области для верификации параметров атомной структуры вокруг позиций цинка в КТ на основе сульфида цинка.

Создана быстрая методика анализа структурных свойств водных кластеров с примесями с количеством присутствующих в них молекул воды более 12. Метод основан на составлении трех матриц для водного кластера, позволяющих записать уникальный код, ха-рактеризующий его структуру. Данная методика существенно сокращает время вычислений (примерно в 104 раз) по сравнению с ранее созданной методикой [ 1 ], а значит, позволяет анализировать структурные свойства водных систем с большим количеством молекул на обычных персональных компьютерах. Для иллюстрации метода определен код для типичной конфигурации кластера (H2O)13 в модели воды при температуре 268 K и плотности 0,99930 г/см3.

Коллоидные квантовые точки семейства CdSe изучены методами спектроскопии рентгеновского поглощения в ближней к краю области (XANES) и компьютерного моделирования. Зарегистрированы XANES спектры за /С-красм кадмия коллоидных квантовых точек на основе наночастиц CdSe различного размера. Проведено моделирование атомной структуры частиц CdSe, а также CdSe, допированных атомами переходных металлов Мп и Со, на основе теории функционала плотности

Проведено in silico исследование полупроводниковых квантовых точек семейства CdTe, допированных атомами редкоземельных элементов, на основе теории функционала электронной плотности. Выполнен ab initio компьютерный дизайн квантовых точек на основе наночастиц CdTe, допированных атомами Eu и Gd. Вычислены и проанализированы парциальные плотности электронных состояний квантовых точек CdTe:Eu и CdTe:Gd. Рассчитаны спектры рентгеновского поглощения в ближней к краю области за K, L1 и L3-KpaeM европия и K, L1 и L3-краем гадолиния квантовых точек CdTe:Eu и CdTe:Gd. Показана чувствительность спектроскопии XANES для верификации пара-метров наноразмерной атомной структуры квантовых точек на основе частиц CdTe, допированных атомами редкоземельных элементов, и определения локальной атомной структуры вокруг атомов редкоземельных элементов в квантовых точках.

In this work, we use the variational spin-density functional method for theoretical description conditions of the formation of stable films and calculation of interface energy and spatial distribution of relative magnetization at activated adsorption of Fe film on the W and Au substrates with taking into consideration the interface roughness. We include into consideration the thermal effects of transition metal atoms intermixing inside film and their substitution with atoms of substrate surficial layer

В монографии рассмотрены граничные и коэффициентные обратные задачи для однородных и неоднородных упругих и электроупругих тел, в которых дополнительной информацией для их решения являются граничные волновые поля, измеренные в поверхностных или частотных областях. Изложен метод неклассических граничных интегральных уравнений первого рода с гладкими ядрами и его применение к решению граничных задач по определению векторов смещений и напряжений на недоступных для измерения участках границы. Предоставлены методы определения пьезоэлектрических характеристик неравномерно поляризованных стержневых пьезоэлементов. Доказаны теоремы единственности решения обратных задач, приведены численные примеры их решений, в том числе на основе сочетания граничных интегральных уравнений и метода конечных элементов.

Разработан новый численный метод определения хиральности водных конфигураций. Он заключается в сравнении матриц, построенных для исходной конфигурации и для ее зеркального образа на основании информации о расположении четырех связанных молекул воды. Созданный метод позволяет быстро и однозначно определять хиральность водной системы.

Данная работа посвящена исследованию проводимости ферромагнитного материала при низких температурах, когда основным механизмом релаксации является процесс рассеяния на магнонах в случае сильных электронных корреляций в узкой энергетической зоне. Сравнение полученных теоретических результатов проведено с экспериментальными данными и другими теоретическими работами для зависимости времени релаксации от температуры и волнового вектора. Переход к хаббардовским операторам, который диагонализует одноузельную часть гамильтониана, позволяет использовать технику температурных функций Грина для учета межузельного перескокового слагаемого при исследовании проводящих свойств модели. Расчет тензора проводимости проведен с точностью до квадратичного слагаемого по интегралу переноса по узлам кристаллической решетки. Исследована трехорбитальная модель Андерсона-Хаббарда с вырождением и симметричным изотропным интегралом перескока. Предложена систематическая процедура расчета межатомных корреляций с учетом обобщенных хаббардовских тензороператоров. Приведен пример расчета спектра электронных возбуждений в простейшем случае. Для расчета проводимости соединений переходных металлов с переносом заряда по узкой зоне использовалось кинетическое уравнение. Получено выражение для проводимости ферромагнитного материала при низких температурах, когда основным механизмом релаксации является процесс рассеяния на магнонах.

Предложен гамильтониан трехзонной периодической модели Андерсона-Хаббарда и должным образом симметризованный базис волновых функций. На симметричной части этого базиса в соответствии с правилом Хунда и принципом электронейтральности Полинга построены хаббардовские подзоны за счет трансляционного движения электронов по решетке и по одной из орбиталей. В отсутствие магнитного поля получен критерий перехода металл-диэлектрик.

Синтезированы твердые растворы сульфида цинка с марганцем и кобальтом. На основе анализа профилей рентгеновской дифракции сделано заключение о формировании квантовых точек (КТ) гексагональной структуры типа вюрцита; средний размер кристаллитов составляет 8 и 22 нм для образцов с марганцем и кобальтом соответственно. Результаты ИК и оптической спектроскопии согласуются с данными рентгенофазового и рент-генофлуоресцентного анализа. Рассмотрен вопрос агрегирования частиц в растворах изопропанола и ДМФА. Выполнено моделирование структуры КТ на основе частиц ZnS, допированных атомами переходных металлов Мп и Со. Показана возможность использования спектроскопии рентгеновского поглощения в ближней к краю области (XANES) для верификации параметров атомной структуры вокруг позиций допирую-щих атомов переходных металлов в квантовых точках семейства ZnS. Вычислены парциальные плотности электронных состояний ZnS:Mn и ZnS:Co

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.

Проведен микроволновой синтез квантовых точек на основе CdS, варьировались температура (Т = 180 и 150 °С) и продолжительность синтеза (10 и 5 мин).

Представлены описания лабораторных работ для студентов 2–3-х курсов, обучающихся по специальностям «Нанотехнологии в электронике» и «Квантовая электроника». В ходе выполнения работ студенты ознакомятся с некоторыми методами получения наночастиц и нанокомпозитов, приобретут навыки работы с объектами нанометрового размера и овладеют современными физико-химическими методами исследования. Каждый цикл работ предваряется теоретическим введением, которое может играть роль краткого конспекта лекций.

Исследуется вольт-амперная характеристика полупроводниковой однослойной углеродной нанотрубки. Найдены выражения для концентрации электронов (дырок), а также плотности состояний в зоне проводимости (валентной зоне) для полупроводниковой нанотрубки. Из приведенной скорости рекомбинации определены параметры энергий локальных состояний, участвующих в процессе переноса тока.

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.

Разработан метод статических флуктуаций применительно к модели Хаббарда. Показано также, что данный метод применим при исследовании наноструктур. В приближении статических флуктуаций вычислены антикоммутаторные функции Грина для двухподрешеточной модели Хаббарда, а также для пентагона, гексагона, димера и фуллерена C[60]. Показано, что концентрация электронов на узлах разных подрешеток двухподрешеточной модели Хаббарда различна.

С помощью новой измерительной установки, в которой кольцевой сверхпроводящий образец взаимодействует только с магнитным полем собственного сверхпроводящего тока, впервые выявлены особенности реакции на него поликристаллического (керамического) высокотемпературного сверхпроводника.

В пособии рассмотрены способы, используемые для оценки твердости нанопокрытий. Для студентов специальности «Материаловедение в машиностроении», специализации «Наноматериалы» и слушателей Межотраслевого института повышения квалификации кадров по новым направлениям развития техники и технологии МГТУ им. Н.Э. Баумана, а также специалистов, занимающихся разработкой нанопокрытий и оценкой их свойств.

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

Учебно-методическое пособие подготовлено на кафедре физики полупроводников и микроэлектроники физического факультета Воронежского государственного университета.

В учебном пособии подробно рассматривается второй раздел курса «Физика твердого тела» для педагогических вузов. Вместе с тем пособие ориентировано на то, чтобы помочь будущему учителю последовательно излагать идеи молекулярно-кинетической теории не только применительно к газам, но и к конденсированному состоянию. Ведущей физической и методической идеей данного раздела курса ФТТ является идея сильного взаимодействия атомов конденсированной среды и соответственно коллективного характера возникающих возмущений, в том числе упругих колебаний. Все главы заканчиваются контрольными вопросами-тестами, отдельно приведены ответы на тесты.

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.

Настоящее учебное пособие посвящено описанию физических основ взаимодействия высокоэнергетических излучений с веществом, сущности и закономерностям радиационно-индуцированных процессов, протекающих в облученных твердых телах, — образованию первичных структурных дефектов и их эволюции, фокусировке атомных столкновений и каналированию частиц, структурно-фазовым превращениям в сплавах, трансмутационным эффектам, электризации диэлектриков, распуханию, радиационному охрупчиванию и ползучести, ионному распылению, радиационному блистерингу и др. Особое внимание уделено созданию малоактивированных материалов, а также технологическим применениям радиационной обработки и модифицирования материалов.

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.

Обобщен опыт исследований физических эффектов в диссипативных структурах методами обработки изображений, в том числе с применением преобразования Фурье. Исследованы диссипативные структуры в аморфных и нанокристаллических пленках. Рассмотрено моделирование процессов взрывной кристаллизации и формирующихся атомных структур.

"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."

Монография включает рассмотрение всех основных физических свойств d- и f-переходных металлов и изложение соответствующих теоретических концепций. Подробно обсуждаются некоторые нетрадиционные вопросы: влияние особенностей плотности состояний на электронные свойства; многоэлектронное описание сильного коллективизированного магнетизма; механизмы магнитной анизотропии; микроскопическая теория аномальных кинетических явлений в ферромагнетиках. Помимо классических проблем физики твердого тела в применении к переходным металлам, рассмотрены современные достижения в теории электронных корреляций d- и f -систем в рамках многоэлектронных моделей.