№ 4 (2025)

Несмотря на очень большое число уже опубликованных статей на тему сегнетоэлектрических слоев Hf_0.5Zr_0.5O₂ (HZO), этот материал продолжает привлекать к себе повышенное внимание исследователей благодаря перспективам создания на его основе совместимых с современной кремниевой технологией конкурентоспособных устройств энергонезависимой памяти. Среди трудностей на пути создания промышленной технологии таких устройств — нестабильность остаточной поляризации сегнетоэлектрика в процессе многократных переключений внешним электрическим полем. В частности, на начальных этапах такого “циклирования”, как правило, наблюдается значительный рост остаточной поляризации (эффект “пробуждения”), а затем после достижения некоторого количества циклов — ее снижение (эффект “усталости”). Вопрос о том, какие процессы приводят к такой нестабильности, остается дискуссионным. При использовании ранее разработанной методологии анализа фазового состава сверхтонких слоев HZO синхротронным методом NEXAFS показано, что в конденсаторах на основе структур TiN/HZO/TiN “пробуждение”, наблюдающееся в течение первых 10⁵ циклов переключений, объясняется увеличением относительного содержания полярной ромбической фазы в HZO за счет уменьшения содержания “паразитной” тетрагональной фазы. Полученные результаты подтверждают стимулированный электрическим полем структурный фазовый переход в пленках как один из механизмов, объясняющих эволюцию функциональных свойств сегнетоэлектрических элементов памяти на основе HZO на протяжении их срока эксплуатации.

Разработана кристаллографическая теория мартенситных превращений, которая адекватно описывает их реальные механизмы. Получено математическое описание реальных процессов, происходящих при мартенситном превращении, в виде произведения четырех матриц P₁ = R₁PB₁Г, где Г — сдвиговая деформация решетки аустенита, В₁ — дополнительная “чистая” ее деформация, главные оси которой совпадают с направлением сдвига, с нормалью к плоскости сдвига и, соответственно, с поперечным направлением, Р — деформация мартенсита при инвариантной решетке, R₁ — небольшой поворот мартенситной пластинки для получения инвариантной плоскости (релаксационный поворот). Все четыре процесса происходят почти одновременно, но в указанной последовательности. Кристаллографический анализ восьми сплавов на основе теории позволил получить ряд важных результатов. Обнаружен релаксационный поворот при мартенситных превращениях. Найдена связь между релаксационном поворотом и рассеянием текстуры мартенсита. Установлен механизм образования пакетной структуры при полиморфном превращении в монокристалле циркония; установлены реальные механизмы деформаций при мартенситных превращениях в этих сплавах.

Методами математического моделирования рассмотрен процесс нестационарной диффузии неравновесных неосновных носителей заряда, возникающий после прекращения воздействия электронного зонда на однородную полупроводниковую мишень. Для низкоэнергетического (до 10 кэВ) электронного зонда предложена математическая модель двумерной диффузии носителей заряда в однородном полупроводниковом материале с учетом динамики изменения температуры мишени после прекращения облучения. При расчетах зависимости плотности сгенерированных электронным зондом неравновесных неосновных носителей заряда от координат использована математическая модель потерь энергии первичными электронами, учитывающая раздельный вклад электронов, испытавших малоугловое рассеяние и поглощенных в мишени, и вклад обратно рассеянных электронов, испытавших небольшое количество рассеяний на большие углы и вышедших из мишени. Дифференциальное уравнение теплопроводности решено приближенно с использованием проекционного метода. Количественное описание зависимостей от температуры эффективного времени жизни и коэффициента диффузии сгенерированных носителей заряда проведено с учетом имеющихся результатов экспериментальных исследований с помощью электронного зондирования катодолюминесценции однородного монокристаллического нитрида галлия. Модельные расчеты проведены для диффузии экситонов в однородном монокристаллическом нитриде галлия при наличии двух независимых каналов рекомбинации неравновесных носителей заряда.

Проведены исследования влияния воздействия мощного ионного пучка в течение нескольких десятков наносекунд на атмосферное окисление поликристаллического магния. Обнаружено уменьшение количества оксидной фазы магния при возрастании плотности тока пучка, что, вероятно, связано с усилением процессов газодинамического разлета поверхности. Последующая выдержка необлученных и облученных мощным ионным пучком образцов при температуре 240°С на воздухе привела к замедлению роста оксидной фазы в облученных образцах. Наибольший эффект наблюдали в образцах, облученных пучком с плотностью тока 150 А/см². Обсуждена роль химических процессов, механических напряжений и структурных изменений, протекающих в модифицированной пучком зоне и влияющих на процесс окисления. Наблюдаемые немонотонные зависимости отношений концентраций кислорода и углерода к магнию от времени нагрева образцов объяснены образованием не только оксида, но и, вероятно, гидроксида и карбоната магния. Показано, что на эффект повышения сопротивления окислению магния, облученного мощным ионным пучком, может также оказывать влияние повышение концентрации углерода при его внедрении в поверхностный слой материала.

Интерес к ван-дер-ваальсовским материалам связан с их уникальными физико-химическими свойствами и перспективами технологических применений. В настоящей работе объектом исследования является высокоориентированный пиролитический графит как модель таких материалов. Представлены результаты измерений методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Эксперименты проведены при углах детектирования 0°, 60°, 80° и 85° от нормали к поверхности образца, что позволило максимально локализовать сигнал, создаваемый верхним слоем высокоориентированного пиролитического графита. Представлена методика восстановления дифференциального сечения неупругих потерь энергии электронов из экспериментальных рентгеновских фотоэлектронных спектров. По указанной методике восстановлено дифференциальное сечение неупругого рассеяния электронов в высокоориентированном пиролитическом графите при каждом угле детектирования. Проведено сравнение полученных сечений с сечениями, восстановленными для графена с различным количеством слоев. Указано на определяющее влияние коллективных плазмонных потерь энергии электронов на формирование спектра потерь энергии в гетерогенных ван-дер-ваальсовских материалах.

Валентная полоса фотоэлектронных спектров комплексных образцов (многокомпонентных образцов, образцов с оксидными пленками, адсорбированными на поверхности молекулами) имеет сложную структуру, что затрудняет интерпретацию вкладов различных компонентов образца в структуру спектров. Рассмотрен метод расшифровки спектров валентной зоны в результате расчета с помощью методов квантовой химии плотности электронных состояний для физического объема — атомарной модели, наиболее полно характеризующей исследуемый образец. Оптимальное положение атомов в заданном физическом объеме расчетной модели находили с помощью итерационного метода численной оптимизации BFGS (Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno) с учетом пространственного распределения потенциала, получаемого из квантово-химического расчета. Расчет производили при помощи кода, написанного на языке Python с применением библиотек ASE и GPAW (среда атомного моделирования и проекционный метод присоединенных волн в сеточной реализации), на оборудовании суперкомпьютерного вычислительного кластера. Полученные с помощью расчета данные были сравнены с измеренными фотоэлектронными спектрами различных систем, таких как Ge(111), GeO₂/Ge(111), C₆₀F₁₈/Ge(111), C₆₀F₁₈/GeO₂/Ge(111). Проведенный анализ позволил определить вклады различных атомов и связей в итоговый фотоэлектронный спектр, оценить толщины отдельных слоев и определить типы связей молекул с подложкой.

В работе были синтезированы нанопорошки соединений из системы Bi_1–xBa_xFeO₃ (x = 0, 0.10, 0.20) методом горения нитрат-органических прекурсоров. Изучено влияние легирования феррита висмута (BiFeO₃) ионами бария (Ba) на морфологию, кристаллическую структуру и фотокаталитическую активность материала. Анализ методом рентгеновской дифракции показал, что кристаллы всех образцов имеют ромбоэдрически искаженную структуру перовскита с симметрией, соответствующей пространственной группе R3c. Легирование барием привело к существенному снижению размеров кристаллитов, а также к искажению кристаллической решетки. В случае замещения 20% атомов висмута атомами бария наблюдали образование примеси BaCO₃, что также было подтверждено анализом спектров комбинационного рассеяния света. Показано, что введение бария приводит к формированию более пористой текстуры образцов и значительному увеличению удельной площади поверхности материала. Исходный BiFeO₃ продемонстрировал крайне низкую эффективность разложения метиленового синего относительно фотолиза, в то время как легирование барием привело к значительному улучшению фотокаталитических характеристик материала: в случае кристаллов с 20% Ba разложение метиленового синего достигло 99% за 1 час.

Выполнен расчет параметров электромагнитного излучения, которое должно генерироваться при гайдинге ускоренных электронов (протяженном скользящем взаимодействии ускоренных электронов с диэлектрической поверхностью), прижимаемых к поверхности диэлектрической пластины внешним электрическим полем. Модель эффекта (гайдинга) предложена на основе анализа решения уравнения Гамильтона для движения электронов во внешнем электрическом поле и в электростатическом поле, создаваемом электронами, осевшими на поверхности диэлектрической пластины. Суперпозиция этих полей приводит к тому, что электроны во время гайдинга испытывают поперечные колебания относительно поверхности пластины, т.е. приобретают поперечное ускорение. А это, как известно, должно привести к генерации электромагнитного излучения, частота и интенсивность которого зависят от энергии электрона, подобно излучению ондуляторов и вигглеров. Расчет показывает, что при гайдинге электронов в зависимости от их энергии должно генерироваться излучение. Максимум его интенсивности находится в области от ИК- до радиодиапазона.

Исследовано влияние ультрамелкозернистой структуры вольфрама и конусообразной морфологии поверхности образца на образование блистеров при облучении ионами He⁺ с энергией 30 кэВ. В сравнительных экспериментах использовали ультрамелкозернистые и мелкозернистые образцы со средним размером зерен, соответственно, 300 нм и 7 мкм, с гладкой и конусообразной морфологией поверхности. Образцы вольфрама с ультрамелкозернистой структурой получили с помощью интенсивной пластической деформации, конусообразную морфологию поверхности — путем высокодозного облучения ионами Ar⁺ с энергией 30 кэВ. Установлено, что блистеры при облучении ионами гелия с флуенсом 10¹⁸ ион/см² образуются как на мелкозернистых, так и на ультрамелкозернистых образцах. На мелкозернистых образцах часть блистеров была с удаленными крышками, в то время как на ультрамелкозернистых образцах все блистеры были целыми. Толщина крышек, диаметр блистеров зависит от размера зерен. Обнаружено, что конусообразная морфология поверхности ультрамелкозернистого вольфрама подавляет образование блистеров.