Конденсированные среды и межфазные границы

Редакционная коллегия журнала «Конденсированные среды и межфазные границы» рада сообщить читателям о выходе тематического выпуска журнала, посвященного исследованию фундаментальных и прикладных аспектов синтеза и свойств новых материалов широкого спектра применений. В выпуск входят теоретические и обзорные статьи, а тематика экспериментальных работ, по нашему мнению, должна быть интересна широкому кругу теоретиков, экспериментаторов и технологов.

Использовано аналитическое решение уравнения Гиббса-Толмена-Кенига-Баффа для расчета поверхностного натяжения микропровода. Методом классической теории нуклеации и в рамках статистической теории плотности получены закономерности для поверхностной энергии цилиндрической частицы. Показано, что в линейном случае оба метода дают близкие результаты. Для нелинейной задачи результаты могут отличаться. Проанализированы аналитические решения уравнений для случая цилиндрическая поверхность для линейной и нелинейной теории Ван дер Ваальса.

Ключевые слова

Предложен метод описания динамики систем взаимодействующих атомов в терминах вспомогательного поля, которое в состоянии покоя эквивалентно заданным межатомным потенциалам, а в динамическом режиме представляет собой классическое релятивистское поле. Установлено, что для центральных межатомных потенциалов, допускающих преобразование Фурье, вспомогательное поле представляет собой суперпозицию элементарных полей, удовлетворяющих уравнению типа Клейна-Гордона-Фока с комплексными параметрами массы.

Ключевые слова

В настоящей работе исследуется упругое взаимодействие пересекающихся дефектов дилатационного и дисклинационного типа в приближении линейно-изотропной среды. В рамках теории собственных деформаций найдены аналитические выражения, описывающие парное взаимодействие пересекающихся дилатационных нитей и пересекающихся клиновых дисклинаций. Показано, что энергия взаимодействия таких дефектов монотонно зависит от угла между ними: наибольшей энергией взаимодействия обладают дефекты, линии которых сонаправлены, наименьшей энергией взаимодействия - дефекты, линии которых ортогональны. Кроме этого, показано, что энергия взаимодействия пересекающихся клиновых дисклинаций сильно зависит от упругих свойств среды: чем меньше коэффициент Пуассона, тем меньше энергия парного взаимодействия дисклинаций. Полученные аналитические выражения представляют практическую ценность для описания процессов релаксации остаточных напряжений в неоднородных структурах с пентагональной симметрией, в частности, в икосаэдрических частицах.

Ключевые слова

Сообщается о росте полуполярных GaN(11-22) слоев методом эпитаксии из металлоорганических соединений на нано-структурированной подложке NP-Si(113). Показано, что упругие деформированные структуры GaN(11-22)/ NP-Si(113) при зарождении островкового слоя формируют нано-метровый “податливый” слой кремния на подложке, а упругие напряжения, обусловленные различием температурных коэффициентов GaN и Si в такой структуре, уменьшаются.

Ключевые слова

В настоящее время значительный интерес для создания устройств разложения воды под действием солнечного света представляют тройные соединения InGaN. Однако основной трудностью в синтезе данной группы материалов является подверженность слоёв InxGa1-xN фазовому распаду при x от 20 до 80 %. Одним из перспективных способов её решения могут являться нитевидные нанокристаллы. Целью данной работы является исследование структурных и оптических свойств нитевидных нанокристаллов InxGa1-xN с градиентным содержанием x, находящемся внутри области фазового распада. Нитевидные нанокристаллы InxGa1-xN выращивались на кремнии методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Структурные свойства нитевидных нанокристаллов исследуются методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Химический состав и оптические свойства нитевидных нанокристаллов оцениваются с помощью метода энергодисперсионного микроанализа и метода спектроскопии фотолюминесценции. Впервые показано, что при использовании метода молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота возможно получение InxGa1-xN нитевидных нанокристаллов, в которых доля In по отношению к Ga градиент -но увеличивается от основания к вершине в диапазоне от 40 до 60 %. Полученные образцы демонстрируют фотолюминесценцию при комнатной температуре с максимумом вблизи 890 нм, что соответствует содержанию In около 62 % согласно модифицированному правилу Вегарда и результатам измерений химического состава с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии. Полученные результаты могут представлять интерес для создания устройств разложения воды под действием солнечного света и светоизлучающих устройств ближнего ИК-диапазона.

Ключевые слова

Данная работа посвящена подтверждению спонтанного легирования GaN нитевидных нанокристаллов, выращенных на вицинальных гибридных подложках SiC/Si, методом картирования тока, наведенного электронным пучком. Нитевидные нанокристаллы (ННК) GaN выращивались на сингулярных и вицинальных подложках SiC/Si методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Морфологические свойства нитевидных нанокристаллов исследуются методами растровой электронной микроскопии. Электрофизические свойства выращенных наноструктур исследуются методом картирования тока, наведенного электронным пучком. Методом картирования тока, наведенного электронным пучком, нами было подтверждено спонтанное легирование GaN ННК, выращенных на вицинальных пластинах SiC/Si. В свою очередь, было показано, что выращенные на сингулярных подложках SiC/Si GaN ННК не демонстрирует сигнала наведённого тока, что указывает на отсутствие легирования в таком ННК.

Ключевые слова

Цель статьи - разработка технологии формирования упорядоченных массивов наноколонн (НК) и микрокристаллов GaN методом плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (ПА-МПЭ) на профилированных подложках сапфира (ППС) большого диаметра с микроконусным профилем. В предлагаемом методе исключено использование низкопроизводительных и дорогостоящих методов нанолитографии. Статья направлена на более глубокое понимание процессов, определяющих кинетику роста наноколонн III-N методом ПА МПЭ на профилированных подложках сапфира с множественной ориентацией различных неполярных и полярных плоскостей. Предложен новый технологический процесс изготовления НК GaN с помощью ПА-МПЭ, в котором обеспечивается селективность их роста на вершинах микроконусов ППС и подавляется рост на полуполярных плоскостях этих подложек. НК и микрокристаллы GaN были выращены методом ПА-МПЭ на коммерчески доступных ППС. Разработана технология формирования разряженных массивов наноколонн GaN без применения литографических процедур. Установлены режимы, позволяющие формировать микрокристаллы и НК с различным диаметром: от 30 нм до нескольких микрон. Построена диаграмма роста GaN методом ПА МПЭ на ППС, демонстрирующая границы технологических режимов формирования GaN НК и микрокристаллов с различной топографией поверхности.

Ключевые слова

Оксид хрома со структурой корунда (a-Cr2O3), обладающий возможностью иметь проводимость p-типа, является привлекательным кандидатом для создания высококачественных p-n-гетеропереходов с корундоподобным оксидом галлия (α-Ga2O3). При изготовлении гетероструктуры использовались два метода выращивания из газовой фазы (CVD). Слой α-Cr2O3 толщиной ~ 0.2 мкм был выращен на сапфировой подложке (0001) с использованием метода ультразвукового осаждения мелкодисперсного аэрозоля (mist-CVD) при температуре 800 °C. Обнаружено, что полученный слой обладает высокой морфологической однородностью и низкой шероховатостью, что приемлемо для дальнейших эпитаксиальных процессов. В дальнейшем слой α-Ga2O3, легированный Sn, толщиной ~ 1.5 мкм был выращен на слое α-Cr2O3 с использованием метода гидридной парофазной эпитаксии (HVPE) при 500 °C. Показана возможность изготовления данной гетероструктуры с заданной толщиной слоя и приемлемой морфологией поверхности методами CVD.

Ключевые слова

В статье приводятся результаты исследования механических свойств и дефектной структуры оксида галлия (Ga2O3) при помощи метода составного пьезоэлектрического осциллятора. Объёмные образцы бета фазы Ga2O3 в виде монокристаллов и их сростков были получены при помощи роста из расплава с формообразователем (метод Степанова). Исследовались зависимости модуля продольной упругости и затухания упругих колебаний на частоте 100 кГц от амплитуды деформации. Изменения упругих и микропластических свойств образцов при различной температуре были сопоставлены с возможными релаксационными явлениями в структуре материала. Изучение дефектной структуры в образцах чистого и легированного Ga2O3 необходимо для совершенствования технологии получения монокристаллов большого размера. Фундаментальными вопросами в данной области являются влияние дефектов на анизотропию электропроводности, зонную структуру и другие функциональные свойства получаемого полупроводникового материала. Цель данной статьи в установлении особенностей подготовки образцов, проведении исследований и интерпретации результатов, полученных методом составного пьезоэлектрического осциллятора для образцов оксида галлия. В исследуемых образцах возбуждалась первая продольная мода колебаний, что соответствовало длине около 27 мм и малому поперечному сечению образца. Отдельно определялись температурные зависимости в области низких и высоких амплитуд деформаций. Для оценки кристаллического совершенства образцов, подготовленных для исследований, использовалась рентгеновская дифракция с анализом кривой качания. Значение модуля Юнга, полученное вдоль направления роста (кристаллической ориентации ), в кристаллах Ga2O3 E ~ 260 ГПа соответствует известным литературным данным. На температурных зависимостях внутреннего трения при температуре ~ 280 К обнаружены релаксационные пики, соответствующие различным дислокационным взаимодействиям.

Ключевые слова

Разработана методика роста получения трех основных кристаллических фаз Ga2O3, а именно: α-фазы, ε-фазы и β-фазы методом хлоридной эпитаксии из пара (HVPE). Найдены температуры подложек и величины потоков прекурсоров при которых осаждается только α-фаза, только ε-фаза или только β-фаза. Обнаружено, что отжиг метастабильных α- и ε-фаз приводит к совершенно разным результатам: ε-фаза в результате отжига быстро переходит в стабильную β-фазу, тогда как α-фаза при отжиге переходит в промежуточную аморфную фазу, после чего отслаивается и разрушается. Полученный результат объясняется тем, что реконструктивный фазовый переход из α-фазы в β -фазу сопровождается слишком большим увеличением плотности (~10 %), приводящим к огромным упругим напряжениям и, следовательно, увеличению высоты барьера фазового перехода.

Ключевые слова

С использованием различных диагностических методов исследования структуры и физических свойств (методы синхронного термического анализа, атомно-силовой микроскопии, работающей в режиме измерения тока, электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа, динамического метода определения пироэлектрического отклика) исследованы особенности кристаллизации и физических свойств тонкопленочной гетероструктуры ЦТС-PbO1+х, сформированной двухстадийным методом ВЧ магнетронного распыления керамической мишени. На первой стадии происходило осаждение аморфных пленок на «холодную» платинированную кремниевую подложку, на второй - проводился высокотемпературный отжиг на воздухе. Показано, что в процессе отжига аморфных пленок и кристаллизации промежуточной пирохлорной фазы происходит доокисление структуры с образованием ортоплюмбата и диоксида свинца, а также доокислением включений органической природы. Наличие жидкой фазы оксида свинца способствует образованию фазы пирохлора. Обнаружено, что прослойки оксида свинца обладают существенно более высокой сквозной проводимостью, чем перовскитовые блоки. Предполагается, что повышенная проводимость прослоек оксида свинца связана с диоксидом свинца, отличающимся высокими проводящими свойствами. В самополяризованных тонких пленках выявлен аномальный электрический отклик на стробирующее тепловое воздействие, включающий в себя классический пироэлектрический отклик, локальную фотопроводимость, шунтированную слоями перовскитовой фазы, а также сквозную фотопроводимость, Наличие фотопроводимости также связывается с проводящими свойствами диоксида свинца.

Ключевые слова

В ходе исследования поверхности тонких пленок цирконата-титаната свинца (ЦТС) с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), на поверхности кристаллов фазы перовскита замечены картины электронного каналирования, однако условия их наблюдения совершенно нетипичны и противоречат модельным представлениям. Таким образом, есть достаточные основания утверждать, что наблюдаемые картины электронного каналирования являются аномалией. Для прояснения условий, в которых реализуется данная аномалия, необходимо дополнительное подробное исследование кристалла перовскита в тонкой пленке ЦТС. В частности, для исследования кристаллографической специфики кристалла использован метод дифракции обратно рассеянных электронов (ДОРЭ) в РЭМ. Данный метод основан на сборе и автоматической обработке картин электронной дифракции, в ходе которой для каждой точки на поверхности кристалла рассчитывается кристаллографическая ориентация. В результате исследования выявлены экзотические особенности кристаллографической структуры перовскита в тонкой пленке ЦТС, создающие возможность для проявления аномального электронного каналирования. Показано, что кристаллическая решетка перовскита претерпевает аксиально-симметричный монотонный изгиб, определяющий круглую форму кристалла. На примере изучаемой структуры продемонстрирована возможность приготовления тонких сегнетоэлектрических кристаллов с изогнутой кристаллографической поверхностью. Для описания роста круглых кристаллов перовскита из аморфной фазы в тонких пленках ЦТС предложена дислокационная модель, непрерывный изгиб кристаллической решетки перовскита в которой объясняется аккомодацией механических напряжений при уменьшении фазового объема материала пленки. Кроме того, показано, что полосам, наблюдаемым на картинах электронного каналирования, соответствуют кристаллографические плоскости, а любые искажения картины свидетельствуют о локальной деформации решетки в высоко-симметричном однородно изогнутом кристалле перовскита в тонкой пленке ЦТС.

Ключевые слова

Проанализированы технологические аспекты метода Тейлора-Улитовского при изготовлении микропровода различной структуры. Теоретически и экспериментально изучен естественный ферромагнитный резонанс (ЕФМР) в литых аморфных магнитных микро- и нанопроводах со стеклянной оболочкой. Явление ЕФМР обязано большим остаточным напряжениям, которые возникают в сердечнике микропровода в процессе литья. Эти напряжения вместе с магнитострик-цией определяют магнитоупругую анизотропию. Помимо остаточных напряжений на частоту ЕФМР влияют внешние напряжения, приложенные к микропроводу или к композиту, содержащему так называемый стресс-эффект (СЭ). Зависимость частоты ЕФМР от деформации и внешних напряжений для микропроводов предлагается использовать при дистанционной диагностике в медицине.

Ключевые слова

Работа посвящена исследованиям электронного строения тетрагональной кристаллической модификации диоксида германия. Электронная структура исследована теоретически в рамках метода линеаризованных присоединенных плоских волн с помощью программного пакета Wien2k. Вычислены полная и локальные парциальные плотности электронных состояний. Проведено моделирование спектров ближней тонкой структуры края поглощения рентгеновского излучения для различных краев поглощения атомов германия и кислорода. В рамках приближения Z+1 рассчитаны Ge K-, Ge L3- и O K-края поглощения для тетрагональной модификации GeO2. Полученный для Ge K-края поглощения результат показывает высокое согласие с экспериментальными данными. Результат расчета Ge Lj-спекгра представляется впервые и носит прогностический характер. С целью улучшения согласия с экспериментом результатов расчета K-края поглощения кислорода кроме использования метода Z+1 приближения были дополнительно проведены расчеты с использованием метода моделирования остовной дырки, в том числе частичной остовной дырки. Показано, что применение остовной дырки с зарядом 0.7 электрона улучшает согласие результатов расчета с экспериментом.

Ключевые слова

Приведен обзор результатов по формированию в идентичных условиях границы раздела 3d металлов и их силицидов с кремнием для различных параметров осаждаемого пара, кристаллографической ориентации и температуры подложки. Проведено обобщение этих результатов, заключающееся в том, что в процессе осаждения горячего пара на более холодную подложку переход от поверхностной фазы к объемной происходит через твердый смачивающий слой (ТСС) (SWL). Предложена классификация фаз, стабилизированных подложкой, включающая ТСС (SWL). Показано, что ТСС (SWL) имеет отличную от объёмных фаз электронную плотность, оптические, электрические и магнитные свойства, гладкую или наноструктурированную морфологию, а также играет важную роль в формировании границ раздела объемных фаз, их эпитаксиальных пленок и многослойных наноструктур. Эти исследования позволяют говорить о перспективности ТСС (SWL) как нового объекта нанотехнологии для создания тонкопленочных наноматериалов. Исследуемой проблемой является формирование границ раздела в тонкопленочных наноматериалах. Цель статьи - обосновать открытие неравновесных твердых смачивающих слоев, их уникальность и роль в формировании вышеупомянутых границ раздела. Проведен обзор и обобщение результатов исследования границы раздела металл-кремний, полученных в идентичных условиях. Обосновано открытие нового, общего типа переходного состояния пленки - твердого смачивающего покрытия, который формируется в неравновесных условиях и который играет ключевую роль в формировании границы раздела. Твердые смачивающие слои важны как новая концепция для развития теории роста тонких пленок, а также как новый объект нанотехнологий для производства тонкопленочных наноматериалов.

Ключевые слова