Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

Изучен эффект объемного захвата быстрых заряженных частиц в изогнутом кристалле. Исследованы потери поперечной энергии, эффект зависания и критерий объемного захвата быстрых заряженных частиц. Рассмотрены возможные механизмы объемного захвата: потери поперечной энергии вследствие возбуждения кристалла быстрой заряженной частицей (протоном, лептоном); многократное рассеяние частиц в изогнутом кристалле; упругое рассеяние и дифракция частиц в изогнутом кристалле. Показано, что в области зависания отношение скоростей поперечных и продольных потерь энергии быстрых заряженных частиц существенно увеличивается по сравнению с отношением значений продольной и поперечной энергии и по порядку величины равно отношению недиагональных элементов обратной матрицы диэлектрической проницаемости к диагональным. Установлено, что за эффект объемного захвата быстрых протонов (лептонов) отвечают процессы дифракции в изогнутом кристалле, а также эффекты затухания недиагональных элементов матрицы плотности частиц. Предложенный дифракционный механизм основан на учете квантового когерентного рассеяния быстрого протона (лептона) в изогнутом кристалле.

Приведены изображения распределения микрофокусного тормозного излучения нового источника на основе 18 МэВ-бетатрона, прошедшего стальную пластину толщиной 0.4 мм с острым краем шириной 1.2 мм. Фотографии демонстрируют аномалию взаимодействия микрофокусного тормозного излучения с острием пластины в виде узкой темной полосы вдоль изображения острия, которая свидетельствует об усилении интенсивности излучения в этой области. Темная полоса обеспечивает контраст изображения острия, который вместе с высокой резкостью изображения благодаря микрофокусу источника позволяет визуализировать положение острия с высокой точностью. Темная полоса на снимках не наблюдалась при использовании излучения с энергией 450 и 45 кэВ от рентгеновских трубок с фокусами 400 и 100 мкм. Поглощение излучения обеспечивает на изображении плавное изменение почернения острого края и размытие острия из-за размера источника излучения. Наблюдаемый эффект при микрофокусном излучении нового источника определяется рассеянием излучения острием с возможным участием волновых эффектов, что необходимо дополнительно исследовать.

Представлены результаты исследования радиационной стойкости оптических свойств микропорошка ZrO₂, модифицированного наночастицами MgO после облучения электронами (E = 30 кэВ, Ф = 2 × 10¹⁶ см^–2). Установлено, что модифицирование наночастицами MgO не приводит к образованию радиационных дефектов новых типов, однако количество образовавшихся дефектов с увеличением содержания MgO уменьшается. При модифицировании радиационная стойкость увеличивается в 1.7 раза по сравнению с немодифицированными образцами.

Проведен сравнительный анализ in situ спектров диффузного отражения в области от 200 до 2500 нм и их изменений после облучения покрытий на основе полиметилфенилсилоксановой смолы и порошков-пигментов двухслойных полых частиц ZnO/SiO₂ и SiO₂/ZnO. Облучение осуществляли светом ксеноновой дуговой лампы, имитирующим спектр излучения Солнца, с интенсивностью 3 э.с.о. (э.с.о. — эквивалент солнечного облучения, 1 э.с.о. = 0.139 Вт/см²). Фотостойкость исследуемых покрытий на основе двухслойных полых частиц ZnO/SiO₂ и SiO₂/ZnO оценивали относительно покрытий на основе поликристаллов ZnO из анализа разностных спектров диффузного отражения, полученных вычитанием спектров необлученных и облученных образцов. Установлено, что интенсивность полос наведенного поглощения в покрытиях на основе полых частиц ZnO/SiO₂ и SiO₂/ZnO меньше, чем в покрытиях на основе микрочастиц ZnO, а радиационная стойкость при оценке изменения интегрального коэффициента поглощения солнечного излучения (Δα_S) в два раза больше. Увеличение радиационной стойкости, вероятно, определяется различной природой накопления дефектов: в случае объемных микрочастиц радиационные дефекты могут накапливаться внутри зерна, в полых частицах накопление дефектов может происходить только в пределах тонкой оболочки сферы.

Исследованы особенности накопления радиационно-индуцированного положительного заряда в пленке подзатворного диэлектрика при сильнополевой инжекции электронов в режиме постоянного напряжения. Определены условия, при которых можно использовать данный режим инжекции электронов для повышения дозовой чувствительности МОП-сенсоров (МОП — металл–оксид–полупроводник) и сенсоров RADFET (Radiation sensing Field Effect Transistor) радиационных излучений. Скорректированы модельные представления о физических процессах, протекающих в подзатворном диэлектрике и на границах раздела МОП-структур при одновременном воздействии радиационных излучений и сильнополевой инжекции электронов в режиме постоянного напряжения. Показано, что поглощенную дозу радиационного излучения при постоянном напряжении на образце можно определять из изменений плотности тока сильнополевой инжекции электронов, которая может увеличиваться на несколько порядков вследствие накопления в подзатворном диэлектрике радиационно-индуцированного положительного заряда. Определено влияние интенсивности излучения на процессы накопления радиационно-индуцированного положительного заряда в подзатворном диэлектрике МОП-сенсоров.

Для объяснения повышенного выхода положительных частиц с поверхности положительно заряженного диэлектрика было произведено компьютерное моделирование с помощью теории функционала плотности. Модельная система представляла собой фрагмент молекулы тефлона (CF₂) в вакууме. Была рассчитана энергия связи атомов в данной системе в нейтральном состоянии (без удаления электронов из системы), после чего проведен аналогичный расчет для ионизованного фрагмента молекулы тефлона (с удалением одного электрона из системы атомов). Расчеты показали, что энергия полной диссоциации одного фрагмента молекулы тефлона в нейтральном состоянии равна 11.02 эВ, что с хорошей точностью соответствует экспериментальным данным. Значение энергии связи в ионизованном фрагменте молекулы равно 2.86 эВ, а фрагмент молекулы тефлона диссоциирует на нейтрально заряженный атом фтора и положительно заряженный фрагмент CF. В расчетах с учетом дипольного момента фрагмента молекулы тефлона значение энергии связи получилось равным 2.75 эВ, фрагмент молекулы тефлона также диссоциировал на нейтральный атом фтора и положительно заряженный фрагмент CF. Полученные результаты могут быть причиной повышенного выхода положительных частиц с поверхности положительно заряженного массивного диэлектрика.

В последние годы наблюдается стремительное развитие технологий создания гибких и растяжимых оптоэлектронных устройств. Перспективным по фундаментальным свойствам материалом является неорганический галогенидный перовскит CsPbBr₃, яркость электролюминесценции которого может достигать 45 000 кд/м². Однако наиболее распространенная тонкопленочная технология создания устройств на основе перовскитов не может решить ряд существенных проблем: обеспечить стабильность перовскита к окружающей среде, создать устойчивые к растяжению контакты, обеспечить эффективную инжекцию носителей в электролюминесцентный слой и т.д. Для решения этих задач авторами была разработана новая конструкция устройства на основе распределенного электрода нитевидных нанокристаллов GaP, внедренного в светоизлучающий слой перовскита, и таким образом решая фундаментальную проблему малого времени жизни носителей CsPbBr₃. Упор в работе сделан на повышение стабильности получаемого эластичного устройства и на анализ его физических характеристик. Устройство заключено в специальный силиконовый полимер — прозрачную инертную гибкую и растяжимую матрицу, защищающую перовскит CsPbBr₃ от воздействия внешней среды и сохраняющий ориентацию массивов нитевидных нанокристаллов. В качестве электрода, обеспечивающего латеральное перемещение носителей заряда, использовали на 90% прозрачные одностенные углеродные нанотрубки, имеющие высокий запас прочности при растяжении и малое электрическое сопротивление. Таким образом, было получено гибкое устройство с высокой эффективностью электролюминесценции.

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы закономерности изменения атомной структуры в композиционных материалах Cu–NbTi при P = 50 атм, скорости вращения подвижного Пуассона 0.5 об/мин и числе оборотов вращения n = (0–5)об. в результате действия пакетной гидроэкструзии на образцы. Обнаружено, что в образцах присутствуют разноразмерные структурные образования с дальним, мезоскопическим и ближним атомным порядком. Показано, что немонотонность изменения атомного порядка, с увеличением числа оборотов вращения подвижного Пуассона, обусловлена структурным фазовым переходом порядок—беспорядок в состояние с образованием разноразмерных атомных группировок с дальним, мезоскопическим и ближним атомным порядком, при котором выявлено проявление новых сил межатомного взаимодействия, характеризующих образование интерметаллидных кластеров группировок атомов. Обнаружено, что уже в исходном состоянии после компактирования образцов наблюдается присутствие кластеров в медной матричной фазе, содержащих ниобий и титан, что характеризует усиление гетерофазности в исследуемой системе образцов. В результате получается однородный мелкодисперсный материал, содержащий равномерно распределенные разномасштабные фракции металлических и интерметаллидных фаз в виде кристаллических, мезоскопических и аморфных фракций. Такая структура проявляет повышенную прочность, что заметно в виде увеличения микротвердости от 1.56 ГПа до 4.15 ГПa.