Свойства и структура молекулярных систем

Дано краткое описание работы по исследованию температурной зависимости термоЭДС. Приведены краткие теоретические сведения о термоэлектрических явлениях 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.

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.

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.

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].

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

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

В пособии представлено практическое введение в работу с квантовомеханическими программными пакетами для моделирования физико-химических свойств кристаллических твердых тел. Подробно описаны способы расчета структурных, механических и электронных свойств кристаллов в коммерческих пакетах VASP и CRYSTAL. Подготовлено на кафедре общей и теоретической физики.

Книга представляет собой курс лекций по учебной дисциплине «Физические основы нанотехнологий, фотоники и оптоинформатики», рассматривающий основные явления, принципы и экспериментальные достижения нанофотоники. В книге на высоком физико-математическом уровне описываются вопросы распространения и взаимодействия света в пространственно-ограниченных наноструктурах, рассматриваются свойства различных наноструктурированных материалов, а также вопросы их практического использования.

Исследованы морфология поверхности, кристаллическая структура, электрофизические свойства (удельная электропроводность, концентрация и подвижность носителей заряда) и зависимость работы выхода сверхтонких (=8 нм) пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x], сформированных методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО) на подложках SiO[2]/Si и HfO[2] + SiO[2]/Si, от состава пленок x. Электронографические исследования показали, что сформированные пленки являются аморфными. Шероховатость поверхности пленок составила для Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x]0, 23+[-]0, 05 нм и 0, 49+х[-]0, 5 нм, соответственно, и не зависела от x. Работа выхода в слоях Ni[x]Si[1-x] и Hf[x]Si[1-x] варьировалась в пределах 4, 9-5, 0 эВ и 4, 3-4, 8 эВ, соответственно, в зависимости от x. Удельное сопротивление пленок Hf[x]Si[1-x] и Ni[x]Si[1-x] изменяется в пределах (4Х10{-5}) - (2Х10{-3}) Ом {. } см и (5Х10{-6}) - (3Х10{-5}) Ом {. } см, соответственно, в зависимости от x.

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.

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.

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.

Излагаются основы широко применяемых в настоящее время методов исследования структуры неупорядоченных, аморфных и наноматериалов, в том числе с использованием синхротронного излучения. Описаны теоретические основы методов и особенности их применения.

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.

Сборник задач рассчитан на магистрантов первого года обучения направления 12.04.03 «Фотоника и оптоинформатика» и разработан в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 12.04.03 Фотоника и оптоинформатика (уровень магистратуры) от 30.11.2014.

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.

Книга представляет собой учебное пособие по дисциплине «Физические основы нанотехнологий, фотоники и оптоинформатики», рассматривающий основные явления, принципы и экспериментальные достижения нанофотоники. В книге на высоком физико-математическом уровне описываются вопросы распространения и взаимодействия света в пространственно-ограниченных наноструктурах, рассматриваются свойства различных наноструктурированных материалов, а также вопросы их практического использования. Учебное пособие рассчитано на магистрантов первого года обучения направления 12.04.03 «Фотоника и оптоинформатика» и разработано в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего образования по направлению подготовки 12.04.03 Фотоника и оптоинформатика (уровень магистратуры) от 30.11.2014.

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

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.

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.

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.

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.

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

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

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.

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 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.

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.

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.

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.

В лабораториях ведутся работы по исследованию изделий на квантовых точках (КТ) или квантовых линиях (КЛ). КТ и КЛ-ловушки для электронов, т.е. квантовые резонаторы для захвата волн де Бройля электронов. В будущем КТ и КЛ – это огромное перспективное поле деятельности в квантовой электронике и практике. Ловушки для свободных электронов позволяют структурировать и управлять объемными зарядами и электрическими полями в наномире, тем обусловливая физическое легирование нанокристаллитов, что приводит к изменению диэлектрической проницаемости, электропроводимости, теполопроводности и других физических свойств нанокомпозитов при таком электрокатализе.

Статья о том, что нанонаука в России есть, исследования ведутся во всех основных их областях, и ведутся довольно успешно с учетом всех привходящих обстоятельств и сложностей.

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.

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.

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.

Показана неэффективность традиционного эксперимента по рассеянию электронов зонда на свободных молекулах (атомах), препятствующая развитию дифракционного структурного метода газовой электронографии. Использование молекулярного пучка позволило определить количественный показатель эффективности процесса получения интенсивности рассеяния. в качестве технической характеристики комплекса электронографического оборудования предложена величина эффективного сечения на молекулах остаточного газа. Составлена номограмма определения числа молекул для вещества в объеме облучения, необходимого для достижения на детекторе (в области максимального радиуса сектора) заданной плотности рассеянного заряда.

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

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.

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.

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.

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.

Предлагается оригинальный алгоритм стохастического моделирования роста двухкомпонентного кристалла, в состав которого может входить как основное вещество, так и примесь. Показано, что в зависимости от ряда параметров модели возможно получение как равномерного, так и квазипериодического распределения примеси, т. е. формирование зонарной микроструктуры кристалла. Проведен анализ условий, приводящих к неравномерному распределению примеси. Получено качественное согласие результатов моделирования с экспериментальными данными.

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.

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.

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.

Методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) на воздухе исследована зависимость параметров морфологии поверхностных нанокластеров GeSi/Si (001) (размеры, форма, поверхностная плотность, однородность по размерам и пр. ), выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) в среде GeH[4], от параметров технологического процесса выращивания структур (температура подложки, парциальное давление GeH[4] в ростовой камере, время роста). Установлено, что закономерности трансформации морфологии кластеров с увеличением количества осажденного Ge отличаются от таковых для традиционной МЛЭ. Нанокластеры, выращенные в определенных условиях, характеризуются би- и тримодальным распределением по размерам. Определены условия роста, обеспечивающие получение однородных массивов кластеров с заданными геометрическими параметрами.

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.

Исследуется управляемость диссипативного туннелирования в системе туннельно-связанных квантовых точек (квантовой молекуле) или системе "игла кантилевера АСМ/СТМ - квантовая точка", моделируемых двухъямным осцилляторным потенциалом, взаимодействующим с термостатом, во внешнем электрическом поле. Полученные результаты качественно соответствуют отдельным экспериментальным ВАХ для системы "платинированная игла кантилевера АСМ/СТМ - циркониевая квантовая точка", полученным в НИФТИ при ННГУ им. Н. И. Лобачевского.

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.

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