Свойства и структура молекулярных систем

В рамках обобщенного варианта модели Кронига-Пенни теоретически исследованы эффекты влияния внешнего продольного электрического поля на оптические свойства квантовой проволоки с примесной зоной, образованной локализованными состояниями электрона в поле регулярной цепочки D{0}-центров, расположенных вдоль оси проволоки. Показано, что фотоионизационный спектр для квантовой проволоки с примесной зоной представляет собой отдельные полосы, промежутки между которыми заполнены осцилляциями интерференционной природы.

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.

Методом потенциала нулевого радиуса исследовано влияние внешнего магнитного поля и диссипативного туннелирования на среднюю энергию связи D{ (-) }-состояния и ширину резонансного уровня в квантовой молекуле, состоящей из двух туннельно-связанных квантовых точек. В дипольном приближении получены аналитические формулы для вероятности фотоионизации D{ (-) }-центра с резонансным примесным уровнем в квантовой молекуле для случаев продольной и поперечной по отношению к направлению внешнего магнитного поля поляризации света. Исследовано влияние внешнего магнитного поля и параметров диссипативного туннелирования на спектральную зависимость вероятности фотоионизации D{ (-) }-центра в квантовой молекуле.

Методы контроля и анализа веществ. Используемые программы: Adobe Acrobat. Труды сотрудников СГАУ (электрон. версия)

В рамках модели потенциала нулевого радиуса теоретически исследованы D{-}-состояния в квантовом сужении при наличии внешних, продольных относительно оси сужения, электрического и магнитного полей. Получено дисперсионное уравнение электрона, локализованного на D{-}-центре, и исследована зависимость энергии связи D{-}-состояния от эффективной длины сужения, координат примеси и величины приложенных электрического и магнитного полей. Показано, что особенность геометрического конфайнмента квантового сужения проявляется в существенной зависимости энергии связи D{-}-состояния от эффективной длины сужения. Выявлен эффект магнитного вымораживания D{-}-состояния в квантовом сужении.

В данных методических указаниях рассматриваются теоретические основы электрической проводимости в терморезисторах, даётся классификация материалов по величине и механизму проводимости, сравниваются особенности классической и современной теории проводимости. Описаны устройство и применение терморезисторов с различными типами проводимости. Подробно излагается порядок выполнения лабораторной работы общего физического практикума «Изучение терморезистора». Издание осуществлено при финансовой поддержке Программы АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № 2.1.1/13083).

Представлены результаты компьютерного моделирования процессов первичной радиационной повреждаемости сплава Fe-1. 8ат%Ni методом молекулярной динамики. Моделирование проведено с использованием многотельных потенциалов межатомного взаимодействия. Рассмотрены каскады атомных смещений для энергий первично выбитого атома от 0, 1 до 20 кэВ. Получены оценки количества дефектов, переживающих рекомбинацию в каскаде, а также результаты по количеству и размерам кластеров вакансий и межузельных атомов, образующихся в таких каскадах. Не выявлено заметного влияния никеля в рассматриваемой концентрации на число точечных дефектов, выживающих в каскаде смещений. В то же время обнаружено, что для энергии 20 кэВ число межузельных атомов, образующих кластеры размером не более трех межузельных атомов на кластер, оказывается в чистом железе примерно в полтора раза выше, чем в сплаве с никелем.

Работа посвящена исследованию первичного радиационного повреждения бикристаллитов альфа-железа с двойниковой границей зерна путем молекулярно-динамического моделирования. Моделирование проведено на основе многотельного межатомного взаимодействия. Рассмотрены атомарные модели шести типов протяженных двойниковых межзеренных границ в ОЦК-железе, рассчитаны их удельные энергии и определены размеры межзеренных областей. Проведено моделирование развития каскадов атомных смещений в бикристаллах альфа-железа с симметричной межзеренной границей [сигма]5 (310) [001]. На основе полученных результатов проведен сравнительный анализ числа образующихся радиационных дефектов в идеальной кристаллической решетке и бикристаллитах, содержащих межзеренную границу.

Настоящая работа посвящена моделированию каскадов атомных смещений в сплаве Fe-9ат. %Cr, содержащем обогащенные хромом преципитаты. Моделирование проведено методом молекулярной динамики при начальной температуре кристаллита 300 К для энергий первично выбитого атома (ПВА) 15 и 20 кэВ. Были рассмотрены сферические преципитаты диаметром 1 и 5 нм, содержащие 95ат% хрома. Изучены особенности развития каскадов вблизи обогащенных хромом преципитатов. Установлено, что такие преципитаты склоны к растворению при прохождении каскада. При этом форма и состав преципитатов диаметром 5 нм меняется незначительно, и, следовательно, их можно считать стабильными. Параметры небольших преципитатов диаметром 1 нм изменяются существенно, а иногда они растворяются полностью.

В работе рассматривается зависимость приведенной скорости туннельной рекомбинации R[пp] от напряжения прямого смещения. Приводятся два приближения, описывающие зависимость R[пp] от напряжения: при условии ограничения процесса рекомбинации туннелированием и условием ограничения скоростью рекомбинации в квантовой яме. Показано, что из обобщенной модели рекомбинации можно получить ступенчатое возрастание тока от напряжения при увеличении напряжения смещения на образце.

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.

Методические указания содержат описания лабораторных работ. Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 010803 Микроэлектроника и полупроводниковые приборы (дисциплина «Физика полупроводников и полупроводниковых приборов», блок ОПД), очной формы обучения.

Методами компьютерного моделирования исследованы энергетические и электрические характеристики нанотрубок, получаемых на основе ранее предложенных авторами 2D-супракристаллов. Рассмотрены супракристаллические нанотрубки из атомов углерода, кремния, бора и азота, серы. Показано, что изменяя химический состав, структуру, диаметр и хиральность таких нанотрубок, можно в широких пределах управлять их электрическими свойствами: от металлических до диэлектрических.

Предложен декомпозиционный подход к математическому моделированию гетерогенных структур, который базируется на решении уравнений динамики деформированного тела в линейном приближении. Дифференциальные уравнения динамики сведены методом интегрирования по частям к интегральной проекционной форме, из которой получена матрица проводимости автономного блока в виде прямоугольного параллелепипеда с упругим заполнением и каналами Флоке на гранях. Разработана методика рекомпозиции автономных блоков.

Предложен новый метод поиска чистых мод упругих волн в кристаллах из анализа 3D-поверхностей фазовых скоростей. От известных методов данный метод отличается учетом пьезоэффекта, что существенно влияет на результаты, особенно для сильных пьезоэлектриков. Разработана компьютерная программа, позволяющая строить указанные поверхности и их сечения базовыми плоскостями кристалла, а также указывать на их направления распространения чисто продольных и чисто поперечных упругих волн. Данную информацию можно получить, если известен класс симметрии кристалла, его упругие, диэлектрические, пьезоэлектрические константы и плотность.

Показана возможность существования твердотельных кристаллических структур, которые назвали супракристаллами. В отличие от обычных кристаллов, в узлах кристаллической решетки супракристаллов отсутствуют отдельные атомы или ионы. Они замещены симметричными атомными ассоциатами. Определены классы симметрии 2D- и 3D-супракристаллов. С использованием пакета программ Abini-5, 8, 4 в приближении Хартри-Фока вычислены длина связи, энергия связи, энергия, приходящаяся на один атом, и ширина запрещенной зоны 2D- и 3D-супракристаллов, составленных из атомов C, Si, B, N, S. Необычные свойства супракристаллов представляют интерес для их производства и практического применения.

Цель исследования: теоретическое исследование влияния обменного взаимодействия, связанного с изменением пространственной конфигурации молекулярного иона A[2]{+} в объеме сферически-симметричной квантовой точки, на термы и энергетический спектр A[2]{+}-центра. Численный анализ полученных дисперсионных уравнений проведен для случая квантовой точки на основе InSb. Для расчета энергетического спектра A[2]{+}-центра в квантовой точке, описываемой в рамках модели "жестких" стенок, использовался метод потенциала нулевого радиуса и приближение эффективной массы. Исследовано влияние обменного взаимодействия, инициированного изменением пространственной конфигурации A[2]{+}-центра в объеме квантовой точки, на положение g- и u-термов примесного молекулярного иона. Показано, что с ростом обменного взаимодействия возрастает величина расщепления между термами и заметно изменяется энергия связи g- и u-состояний A[2]{+}-центра. Обменное взаимодействие между A[2]{+}-центрами в молекулярном ионе A[2]{+} может приводить к существенной модификации g и u-термов A[2]{+}-центра и, как следствие, к изменению положения пика фотолюминесценции, связанного с излучательным переходом фотовозбужденного электрона в g-состояние A[2]{+}-центра.

Выполнено математическое моделирование отклика жесткого сверхпроводника второго рода на приложенное внешнее гармонически модулированное магнитное поле. Сверхпроводник имел форму короткого цилиндра (таблетки). В рамках модели Кима и в приближении экранировки поля в центре образца рассчитаны гистерезисные кривые и гармоники намагниченности. Результаты расчета сравниваются с результатами ранее выполненного эксперимента на поликристаллах высокотемпературного сверхпроводника.

Методом лазерной абляции получены нанослоистые пленки, образованные слоями халькогенидного стекла (GeSe2)30(Sb2Se3)30(AgI)40 и AgI. Толщина слоев имеет величину порядка 10 нм при общей толщине пленок 1 мкм. Проведены РФА и импедансная спектроскопия пленок в интервале температур от комнатной до 200 0С. Оба метода исследования показали, что при повышении температуры фазовый переход AgI β/γ→α происходит при 150-170оС, в то время как при понижении температуры переход α→β/γ наблюдается при 90-60оС. Таким образом, удалось расширить температурный интервал существования высокопроводящей модификации суперионного твердого электролита a-AgI в структуре, обеспечивающей сквозную проводимость по α−AgI.

В приближении статических флуктуаций вычислены антикоммутаторные функции Грина для фуллерена C[20]. Исследовано влияние деформации на энергетический спектр фуллерена C[20].

Рассмотрен фазовый состав системы полимер-растворитель, свойственный растворам золей. Определены области нуклеофильного роста и спинодального распада системы. Установлены особенности кинетики роста нуклеофильных зародышей.

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.

Практикум включает 4 лабораторные работы по курсу "Молекулярная физика и термодинамика". Для студентов физического и химического факультетов

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.

Практикум включает 4 лабораторные работы по курсу "Молекулярная физика и термодинамика". Для студентов физического и химического факультетов.

Учебное пособие предназначено для использования в курсах «Диффузия в металлах и сплавах», «Термодинамика материалов», а также «Теория и технология термической и химико-термической обработки». В пособии описаны физические явления, сопутствующие диффузии, и технологические процессы, реализация которых связана с диффузионными преобразованиями в материалах. Отмечается роль диффузии в таких процессах, как диффузионная сварка и твёрдофазное спекание. Представлена информация о процессах химико-термической обработки. Рассмотрены термодинамика и кинетика процессов окисления металлических материалов. Описаны методы определения коэффициента диффузии. Каждый раздел пособия проиллюстрирован схемами и фотографиями микроструктур, сопровождается примерами решения типичных задач, заданиями для самостоятельной работы студентов, а также списком контрольных вопросов.

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 настоящее время идет быстрое развитие элементной базы микроэлектроники. Элементная база изменяется на всех уровнях характерных размеров: от нанометровых элементов микроэлектроники, построенных с применением наночастиц, нанопроволоки и тонких пленок, до электронных компонентов с геометрическими размерами элементов порядка нескольких микрометров. Специальный курс физики позволяет познакомить студентов с основными физическими принципами, положенными в основу разработки и использования современной элементной базы микроэлектроники. Для этого студенты изучают соответствующие разделы квантовой механики, физики твердого тела и квантовой оптики. Настоящее пособие призвано помочь в изучении специального курса физики как на аудиторных занятиях, так и при самостоятельном изучении.

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

В учебно-методическом пособии изложены лабораторные работы по механическим и электронным свойствам наноструктур, а также методы позволяющие исследовать свойства углеродных наноструктур. Произведено описание программного пакета Ring, который поможет студентам в выполнении лабораторных работ.

Пособие посвящено изучению отражающих и пропускающих свойств тонких диэлектрических пленок с единых позиций волновой теории электромагнитного поля. Моделью пленки является трехслойная диэлектрическая структура: «подложка–пленка–защитный слой». Изложены физические основы работы такой структуры в режимах прохождения ТЕ- и ТМ-поляризованных световых волн, в том числе и с полным внутренним отражением на нижней границе раздела диэлектрических сред. Получены формулы для нахождения амплитудных и энергетических коэффициентов отражения и пропускания диэлектрических пленок. Исследованы зависимости таких коэффициентов от длины волны, углов наклона и состояния поляризации световых волн, а также от оптической толщины пленок. Включены вопросы, задачи и расчетно-графические задания, способствующие более глубокому пониманию физических процессов распространения и преобразования световых волн в тонких диэлектрических пленках и методов их компьютерного моделирования.

В приближении Шубина-Вонсовского сделан анализ свойств сверхпроводящего состояния в интерфейсе CuO-Cu в зависимости от напыления атомов Cu на xz-, yz-, xy-грани монокристалла CuO. Показано, что наибольшее значение критической температуры T[c] приблизительно 300 K можно получить с помощью напыления атомов Cu на yz-грань. При напылении атомов Cu на другие грани возможно СП-состояние с небольшими значениями T[c] приблизительно 10 K.

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.

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

Рассмотрена двумерная модель анизотропного кристаллического материала с кубической симметрией, представляющая собой квадратную решетку из жестких круглых частиц, каждая из которых обладает двумя трансляционными и одной ротационной степенями свободы. Выведены дифференциальные уравнения, описывающие распространение упругих и ротационных волн в такой среде. Установлена взаимосвязь между тремя группами параметров: упругими постоянными второго порядка, скоростями акустических волн и параметрами микроструктуры. Найдены значения параметров микроструктуры рассматриваемого анизотропного материала, при которых его коэффициенты Пуассона становятся отрицательными.

В работе представлены результаты компьютерного моделирования процессов первичной радиационной повреждаемости [альфа]-железа методом молекулярной динамики с использованием расчетного кода FRENKLOW. При моделировании использован многотельный потенциал межатомного взаимодействия. Рассчитаны пороговые энергии смещения для различных кристаллографических направлений, промоделированы каскады смещений для энергий первично выбитого атома от 0, 1 до 20 КэВ и проведены оценки количества дефектов, переживающих рекомбинацию в каскаде, получены результаты по количеству и размерам кластеров вакансий и внедрений, образующихся в таких каскадах.

На основе математической модели электродинамического уровня строгости с учетом обмена и в "безобменном" приближении проведено численное исследование влияния магнитостатического диполь-дипольного и обменного взаимодействий в ансамблях ферромагнитных наночастиц NiO. 7ZnO. 3Fe204 в 3D-нанокомпозите из опаловой матрицы при различном числе учитываемых в элементарной ячейке модели магнитных частиц сферической геометрии, считая фактор заполнения магнитным компонентом постоянной величиной. Показано, что различные виды магнитных взаимодействий, как магнитостатическое диполь-дипольное, так и обменное, могут быть способом изменения (модуляции) комплексной эффективной магнитной проницаемости 3D-нанокомпозитов.

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

Содержат краткие теоретические сведения по изучаемому явлению, методику выполнения экспериментов, а также порядок обработки полученных результатов.

В рамках модели Хаббарда в приближении статических флуктуаций вычислены антикоммутаторные функции Грина для димера, фуллерона C[24] и фуллерона C[60], а также некоторые физические характеристики фуллерона C[60].

Представлен метод определения межфазной свободной энергии на основе данных моделирования методом молекулярной динамики. Основу метода составляет процедура термодинамического интегрирования, а его важной особенностью является возможность применения как в случае плоской, так и характеризуемой большой кривизной границы раздела двух фаз. Возможности метода продемонстрированы на примере нахождения поверхностного натяжения критических зародышей капель воды при конденсации водяного пара. Расчеты охватывают температурную область от 273 до 373 K при давлении 1 атм, что позволило определить температурную зависимость поверхностного натяжения капель воды, а также выполнить сопоставление полученных результатов с экспериментальными данными и результатами моделирования “плоской” границы раздела пар–жидкость.

Исследовано влияние различных факторов на рост углеродных нанотрубок (УНТ). Показано, что скорость роста массива на катализаторе FeNiCo20/Al толщиной менее 10 мкм замедляется. Концентрация ферроцена в газовой смеси оказывает существенное влияние на рост УНТ. Снижение концентрации ферроцена увеличивает свободную энергию расплава и приводит к росту нанотрубок меньшего диаметра и меньшее число стенок - 2 или 3. Повышение концентрации ферроцена выше 1% приводит к снижению качества растущих нанотрубок. Проанализированы технологические возможности формирования отдельно стоящих УНТ.

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.

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.

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.

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.

Приведены результаты численных исследований течения и теплообмена растворов и расплавов полимеров в отверстиях фильер для формования химических волокон. Изучено влияние геометрических размеров отверстий, реологических и теплофизических свойств полимеров на рабочие характеристики фильер. Приведено описание конструкций фильер и геометрии каналов для выпуска различных видов волокон, а также влияние точности изготовления отверстий на качество получаемых волокон.

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.

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.