МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

МАТЕРИАЛЫ

XXXVII МЕЖДУНАРОДНОЙ

НАУЧНОЙ СТУДЕНЧЕСКОЙ

КОНФЕРЕНЦИИ

 

 

"Студент и научно-технический прогресс"

 

 

 

 

 

ФИЗИКА

Часть 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НОВОСИБИРСК

1999

УДК 55

ББК ДЗя 431

Материалы ХХХVII Международной научной студенческой конференции

"Студент и научно-технический прогресс": Физика Ч.2/ Новосибирский ун-т, Новосибирск, 1999. 114 с.

 

Спонсоры конференции:

-Российский фонд фундаментальных исследований (Грант № 99-01-10027)

-Федеральная целевая пpогpамма "Государственная поддержка интегpaции высшего образования и фундаментальной науки на 1997 - 2000 годы"

-Международная ассоциация содействия сотрудничеству с учеными из Новых независимых государств бывшего Советского Союза (INTAS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ó Новосибирский государственный

университет, 1999

ПОДСЕКЦИЯ ФИЗИКИ ПЛАЗМЫ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЛЕКТИВНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ПЛАЗМЕ МЕТОДОМ НЕКОГЕРЕНТНОГО ТОМСОНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ

А.А. Борисов

Новосибирский государственный университет

На установке ГОЛ-М проводятся исследования сильной ленгмюровской турбулентности, создаваемой мощным релятивистским пучком электронов (РЭП) в плазме. ГОЛ-М - открытая ловушка с параметрами: длина соленоида 2,5 метра, напряжённость магнитного поля в центральной части 25 кЭ. В плазму с плотностью 1014-1015 см-3 инжектируется РЭП с энергией электронов 0,5 МэВ, током 2 кА и длительностью порядка 100 нс.

Пучок, проходя через плазму возбуждает в ней ленгмюровские колебания. В настоящее время обсуждается несколько альтернативных механизмов переноса энергии ленгмюровской турбулентности в коротковолновую область, где возможно её поглощение электронами плазмы, в частности -коллапс ленгмюровских волн. В данной работе описываются результаты эксперимента по прямому наблюдению ленгмюровского коллапса. Получено ограничение на верхний предел флуктуаций плотности в каверне. Для наблюдения изменений электронной плотности использовался метод томсоновского рассеяния с пространственным разрешением 0,2 мм и временным - 4 нс. Дополнительная система регистрации позволяла проводить измерения температуры плазмы на оси установки. Источником излучения служил неодимовый лазер с энергией в импульсе до 30 Дж, с длительностью импульса около 30 - 40 нс по полувысоте и расходимостью 0,2 - 0,3 мрад. Так как размер каверны ~ 100rd ~ n-0,5, а время схлопывания ~ (скорости звука)-1 ~ m0,5, то эксперименты проводились с аргоновой плазмой и пониженной плотностью.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук Л.Н. Вячеславов

 

 

 

 

 

Диагностика параметров электронно-пучковой He-H2 плазмы

И.С. Бычек

Томский государственный университет

При возбуждении He-H2 смеси пучком низкоэнергетичных (2 ¸ 6 кэВ) электронов ранее в [1] была получена генерация на двух новых линиях атома гелия в видимой области спектра l 728 нм
(3
1S – 21P), l 667,8 нм (31D – 21P), а также на l 706,5 нм (33S – 23P), наблюдавшейся ранее при различных способах накачки [2 – 3]. В условиях пучковой плазмы возможно получение усиления и генерации еще на ряде переходов гелия, в частности l 492,2 нм, l 447,1 нм и l 587,6 нм. Последняя самая интенсивная линия в видимой области спектра представляет наибольший интерес.

Условия формирования инверсной населенности уровней 33D – 23P, l 587,6 нм в He-H2 смеси аналогичны переходу 33S – 23P и осуществляются при девозбуждении нижнего уровня перехода в реакции Пеннинга:

He*(23P) + H2 ® He + H2+ +e.

Однако образованию значительной инверсии на этом переходе препятствует мультиплетное расщепление верхнего уровня, а также его столкновительное девозбуждение при высоких давлениях газа. В данной работе приведен поиск условий, оптимальных для формирования инверсной населенности на переходе l 587,6 нм гелия.

Возбуждение плазмы осуществлялось пучком электронов, сформированным в разряде с сетчатым анодом [1]. Давление рабочей смеси варьировалось в диапазоне P = 5 ¸ 20 Торр, напряжение на разрядном промежутке 2 ¸ 6 кВ, плотность тока пучка ~ 5 А/см2, длительность импульса t 0,5 = 0,5 ¸ 1 мкс.

Исследованы амплитудно-временные характеристики излучения линий гелия l 706,5 и 587,6 нм в широком диапазоне условий возбуждения при вариации давления гелия и состава He-H2 смеси. Уровень 23P является общим нижним рабочем уровнем для обеих линий. Об эффективности его девозбуждения водородом свидетельствует легко достигаемый режим усиления и генерации на переходе l 706,5 нм. Для линии l 587,6 нм необходимо обеспечить условия более интенсивной накачки верхнего рабочего уровня 33D.

В условиях пучковой накачки заселение уровней He 33S и 33D происходит за счет процессов тройной и диссоциативной рекомбинации. Их эффективность определяется наиболее важными характеристиками плазмы – концентрацией и температурой электронов. Вариации этих параметов в широком диапазоне (Ne=1013 ¸ 1014 см-3, Те=0,2 ¸ 0,5 эВ) осуществляется изменением состава He-H2 смеси и тока накачки. Экспериментально исследована динамика населенностей уровней в зависимости от концентрации примеси водорода. Установлено, что максимальная величина инверсии на переходе атома гелия l 587,6 нм достигается при использовании пеннинговской примеси в диапазоне PH2=6 ¸ 10 Торр. и давлении гелия 10 ¸ 12 Торр.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Бердников А.А, Держиев В.И, Муравьев И.И, Яковленко С.И., Янчарина А.М. // Квантовая электроника.1987.Т. 14. № 11. С. 2179-2199.

2. Pixton R., Fowles G. // Phis. Lett. 1969. V. 29A. № 11. P. 654-655.

3. Schmieder D., Salamon T. // Opt. comm. 1985. V. 55. № 1. P. 49-54.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат .наук А.М. Янчарина

 

Исследование источника отрицательных ионов с LaB6 катодами

Е.В. Григорьев

Новосибирский государственный университет

Пучки отрицательных ионов (ОИ) широко используются в науке и технике. Они обладают рядом замечательных свойств, среди которых - большое сечение нейтрализации при высоких энергиях, что важно для ускорительной техники и инжекции таких пучков в термоядерные установки. Одно из применений ОИ нашли в медицинских ускорителях в установках для протонной и нейтронной терапии рака. В ИЯФ СО РАН две лаборатории занимаются разработкой таких машин. В одной из них группой Кузнецова для генерации ОИ водорода используется источник с накаливаемым LaB6 катодом. Недавно они сообщили о получении тока пучка около 5 мА с плотностью 160 мА/см2. Авторы предположили, что в источнике работает поверхностно-плазменный механизм генерации ионов.

Проверка механизма генерации ОИ в подобном источнике с LaB6 катодами и его оптимизация явились целью настоящей работы. Известно несколько механизмов генерации ОИ в источниках: объемный, поверхностно-плазменный, поверхностный, перезарядный. Для улучшения характеристик источника и его целенаправленной модификации необходимо знать, какой из механизмов доминирует в данном случае. LaB6 обладает относительно низкой работой выхода -2,8 -3 эВ, что в принципе позволяет реализовать поверхностно-плазменный механизм генерации ионов Н- в высоковольтных модах разряда.

Для проведения исследований была изготовлена опытная модель источника с полупланотронной конфигурацией газоразрядной камеры, использующая скрещенные ExB поля. Катод опытной модели представлял из себя массивный молибденовый параллелепипед с вставленными в него таблетками из LaB6, которые могли подогреваться встроенными нагревателями до температуры эмиссии. В результате поверхность катода представляла собой чередующиеся участки с различной работой выхода (для Мо работа выхода 4,5 эВ), причем на участках с горячим LaB6 осуществлялась, в основном, термоэмиссия электронов (дуговая форма разряда), тогда как на Мо и более холодных LaB6 участках катода поддерживался магнетронный ExB разряд. ОИ вытягивались через эмиссионные отверстия, расположенные напротив различных участков катода, анализировались по массе и регистрировались передвижными коллекторами типа цилиндра Фарадея. Для определения распределения плотности плазмы на различных участках по длине катода проводилось вытягивание положительных ионов из различных эмиссионных отверстий. Анализ снятых распределений позволил сравнить эффективность генерации отрицательных ионов Н- и ОИ более тяжелых примесей на Мо и LaB6 участках катода. Для получения “стандартного” [1] поверхностно-плазменного механизма в газоразрядную камеру вводились пары цезия.

В результате экспериментов было установлено, следующее:

Эмиссия ОИ выше на участках с ExB разрядом.

Эмиссия Н- обусловлена объемной генерацией в плазме разряда.

Ток Н- пропорционален току разряда (плотности плазмы), площади эмиссионного отверстия.

Получен пучок ионов Н- интенсивностью порядка 1мА при вытягивании через одно эмиссионное отверстие площадью 1 мм2 . Эмиссионная плотность тока пучка составляла около 100 мА/см2 при плотности тока разряда на катоде » 20 А/см2;

На участках с LaB6 катодом плотность тока магнетронного разряда выше, чем на Мо участках (эффект привязки и концентрации разряда).

С периферийных участков LaB6 катода наблюдается повышенная эмиссия тяжелых отрицательных ионов примесей (распыление танталовой обечайки катода)

Установление объемного механизма генерации ОИ и его особенностей в магнетронном ExB разряде с LaB6 катодом позволяет целенаправленно конструировать импульсный ионный источник для ускорителя ТРАПП. В частности, увеличение эмиссионной щели до 1,5*3 мм и концентрирование разряда на катоде площадью 1 см2 позволяет надеяться получить необходимый пучок ионов Н- с током » 5 мА.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

  1. Бельченко Ю.И., Димов Г.И, Дудников В.Г. Физические основы поверхностно-плазменного метода получения пучков отрицательных ионов. Препринт ИЯФ 77-56, Новосибирск, 1977.

Научный руководитель - проф., д-р.физ.-мат.наук. Ю.И. Бельченко

Исследование распределения нейтронного потока на газодинамической ловушке при инжекции пучков атомов дейтерия.

В.Н. Корнилов

Новосибирский государственный университет

Газодинамическая ловушка (ГДЛ)[1]-это осесимметричный пробкотрон, в котором создается и удерживается двухкомпонентная плазма: столкновительная мишенная (плотность ~1014 см -3, температура до 100 эВ ), и популяция быстрых ионов со средней энергией 6 кэВ.

Одним из применений ГДЛ является её использование в качестве нейтронного генератора.

В 1999 г. начаты эксперименты по инжекции пучков дейтерия и исследованию распределения нейтронного потока вдоль установки. В водородную плазму инжектируются 4 пучка нейтральных атомов водорода и 2 пучка атомов дейтерия, при этом формируется популяция быстрых ионов, частично состоящая из ионов дейтерия. При столкновениях быстрых ионов дейтерия рождаются термоядерные (2,45 МэВ) нейтроны в реакции D+D® He3+n.

Для исследования этого процесса были проведены численные расчеты, в которых бралась модельная функция распределения быстрых ионов, и по эмпирической зависимости сечения реакции от энергии s (Е) расcчитывалось рождение нейтронов.

Для диагностики нейтронов используется органический сцинтиллятор. При взаимодействии нейтрона с веществом сцинтиллятора рождается протон отдачи, инициирующий вспышку, которая регистрируется ФЭУ. С ФЭУ сигнал идёт на АЦП. С помощью числового алгоритма определяется количество импульсов, инициированных нейтронами и их интенсивность.

В работе планируется представить результаты исследований пространственного распределения потоков нейтронов, измеренных с помощью коллиматоров, провести сравнение полученных экспериментальных данных с результатами проведённых расчётов, а также с результатами модельных расчётов проводящихся в исследовательском центре Россендорф (Германия)[2].

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

[1] Ivanov A.A., Anikeev A.V., et. al. Experimental study of curvature-driven flute instability in the gas-dynamic trap.// Phys. Plasmas, Vol.1, No.5, part 2, p.1529-1535.

[2] Noack K., Otto G., Collatz S.“Transport Simulations of Fast Ions and Neutral Gas Dinamic During GDT Experiments”// Proc. of the International Conf. on Open Magnetic System for Plasma Confinement. Novosibirsk, p.218-222.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, науч. сотр. А.Н. Карпушов

Получение и исследование метастабильных пучков гелия

Р.И. Тимшанов

Новосибирский государственный университет

Пучки быстрых атомов гелия представляют интерес для диагностики плазмы. Однако при использовании высокоэнергетичных нейтральных гелиевых пучков возникает ряд проблем. Одна из основных - это существенная разница в потенциалах ионизации основного (25 эВ) и метастабильного (5 эВ) состояния. Поэтому важно знать соотношение между основной и метастабильной частью гелиевого пучка. Также иногда представляет интерес получение пучков, состоящих почти полностью из метастабильных атомов. Метастабильные пучки могут применяться в диагностике периферийной плазмы.

В данной работе изучается получение пучков метастабильных атомов гелия с помощью перезарядки на мишени из паров магния. Выбор магния связан с близостью потенциалов ионизации атомов магния и метастабильных атомов гелия. Пучок ионов гелия, сформированный источником ионов, проходит через магниевую мишень. Часть пучка перезаряжается в атомы, причем атомы могут находиться в основном и метастабильном состоянии. Для определения доли метастабильных атомов используется плазменная мишень. Основным процессом ионизации в плазменной мишени, согласно проведенным оценкам, является ионизация электронным ударом. Метастабильная часть пучка ионизуется более интенсивно и после отклонения магнитным полем регистрируется цилиндром Фарадея.

Проведены расчеты эффективных сечений ионизации гелия в плазменной мишени электронным ударом. Готовится эксперимент, целью которого является получение пучков гелия, почти полностью состоящих из атомов в метастабильном состоянии.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук В.И. Давыденко

Микролегирование приповерхностных слоев арсенида галлия ионами водорода

В. В. Анисимов, В. П. Демкин, И. А Квинт, С. В. Мельничук, Б.С. Семуин

Томский государственный университет

Целью данной работы является спектральное исследование параметров высоковольтного плазменно-пучкового разряда для определения интервала условий, необходимых для оптимального насыщения приповерхностных слоев полупроводникового материала арсенида галлия (GaAs).

В результате был предложен метод плазменной обработки поверхности материала. Плазма является хорошим источником ионов, которые образуются за счет плазмохимических процессов. Наиболее подходящим источником такой плазмы является плазмохимический реактор, в котором используется высоковольтный разряд. В качестве рабочей газовой смеси плазмохимического реактора выбрана смесь He и H2. Наличие буферного газа гелия обеспечивает высокую энергетику электронов пучка, что позволяет транспортировать ионы (Н+) на макроскопические расстояния. Взаимодействуя с поверхностью мишени, протоны, при их достаточной концентрации, способны эффективно насыщать приповерхностные слои материала мишени.

Проведенное экспериментальное исследование газовой смеси показало, что концентрация ионов водорода в факеле при данных условиях разряда составляет 1013¸ 1014 sm-3, обеспечивая поток этих ионов на поверхность мишени 1017¸ 1018 sm-2s-1. Протонирование образцов привело к образованию в них блоков, равномерно распределенных по поверхности. Размеры блоков различны для различных времён обработки поверхности материала плазмой: в случае 2 минут они не превышают 5 mkm, а в случае 7 минут они достигают 20 mkm.

Анализ структуры материалов с помощью рентгенографических и оптических методов показал, что использование Не-Н2 пучковой плазмы как источника ионов водорода и доставки их на поверхность обрабатываемых материалов не требует сложных и технологических решений и вместе с тем обладает значительной эффективностью физических процессов в ионообразовании и насыщении приповерхностных слоев. Эти качества позволяют использовать данный тип плазмы при создании простых технологических устройств для модифицирования материалов.

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук,проф. В.П. Демкин

Генерация ленгмюровских волн при трансформации электромагнитного излучения на фронте ионизации

П.А. Иванов

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

С появлением мощных лазеров, способных создавать движущиеся с релятивистской скоростью фронты ионизации, резко возрос интерес к исследованию возможностей доплеровского умножения частоты электромагнитного излучения на движущихся границах. Теоретические работы в этой области посвящены в основном рассмотрению случаев нормального падения волны на фронт [1] либо наклонного падения волны

Рис. 1. Энергия, уносимая

Ленгмюровскими волнами

(Fp = wp/w0, wp – плазменная

частота, w0 – частота

падающей волны)

[2]. В реальном же эксперименте неустранимые случайные факторы неизбежно приводят к появлению ТМ компоненты у падающей волны. Мы покажем, что даже при очень малом угле падения ТМ волна может эффективно возбуждать за фронтом ионизации ленгмюровские волны, уносящие до 60% ее энергии. Поскольку, однако, процесс генерации ленгмюровских

 

волн носит резонансный характер (по плотности плазмы за фронтом, см. рис. 1), его можно избежать (в докладе даны соответствующие рекомендации). Нами рассмотрен также обладающий рядом преимуществ при практическом использовании (обеспечивает максимальный сдвиг частоты

прошедшей волны при фиксированной плотности плазмы за фронтом) режим трансформации, когда фронт ионизации догоняет электромагнитную волну (угол падения волны на фронт больше 90° ). Показано, что в этом случае ленгмюровские волны уносят до 80% энергии падающей на фронт волны (см. рис. 1).

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Mori W.B. // Phys. Rev. A. 1991. V. 44. P. 5118.

2. Savage R.L.Jr., Brogle R.P., Mori W.B.and Joshi C.// IEEE Trans. Plasma Sci. 1993. V. 21. P. 5.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук., доц. М.И. Бакунов

Определение состава пучка в инжекторах нейтральных частиц по интенсивности допплеровски смещенной линии Нa

Д.В. Усольцев

Новосибирский государственный университет

Разрабатываемые в ИЯФ инжекторы нейтральных частиц с большой длительностью предназначены для использования в диагностических целях на крупных плазменных установках. Состав пучка имеет при этом принципиальное значение. В инжекторах нейтральных частиц ионы вытягиваются с поверхности плазмы, приобретают энергию соответствующую ускоряющему напряжению Е, проходят через перезарядную мишень (нейтрализатор). В реальных схемах с поверхности плазмы вытягиваются не только ионы Н+, но и Н2+, Н3+, которые из-за соударений в нейтрализаторе распадаются на отдельные ионы и атомы, что приводит к наличию в составе пучка фракций с 1/2Е, 1/3Е.

Состав пучка можно определять двумя путями: с помощью магнитной масс спектроскопии, и наблюдая спектральные линии под углом, чтобы благодаря допплеровскому смещению можно было измерить интенсивности линий соответствующих частицам с энергиями Е, 1/2Е, 1/3Е. Достоинством второго метода является бесконтактность, что позволяет определять состав пучка одновременно с его использованием в диагностических и др. целях.

Данный метод успешно применялся [1], [2]. На основании данных по сечениям процессов возбуждения Нa , перезарядки, диссоциации, были рассчитаны для разных энергий коэффициенты [1] зависящие от плотности газа в нейтрализаторе, позволяющие по отношению интенсивностей найти состав пуч-

ка. В работе [1] для регистрации спектра использовалась механическая система сканирования, мы решили использовать для этого систему электрического сканирования - диссектор Ли-602, применимую как на больших, так и на малых временах (до десятков нсек), что необходимо при работе с моделированными пучками, с импульсами малой длительности. В процессе подготовки была проведена сборка, настройка диссектора, определенны его основные характеристики.

Излучение (Нa ) инжектируемых частиц, возбужденных столкновениями с фоновым газом, из окна в установке, расположенного после нейтрализатора и направленного под 450 к оси пучка, через оптическую систему попадает на входную щель монохроматора. Выходная щель монохроматора удалена, изображение спектра с помощью объектива проектируется на фотокатод диссектора, сигнал идет на АЦП, затем обрабатывается на компьютере.

Получаемые результаты позволяют оперативно измерять состав пучка и использовать эти данные для оптимизации режимов работы инжекторов.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

[1] Uhlemann R, Hemsworth R.S, Wang G, Euringer H Hydrogen and Deuterium ion species mix and injected neural beam power fractions of the TEXTOR-PINIs for 20-60 kV determined by Doppler shift spectroscopy Rev. Sci. Instrum., Vol. 64, No. 4, April 1993

[2] Burrell C.F., Cooper W.S., Smith R.R., Steele W.F., Rev. Sci. Instrum. 51. 1451. (1980).

Научный руководитель - науч. сотр. В.В. Максимов

Исследование энергетического и углового распределения быстрых ионов на установке ГДЛ

А.Ю. Смирнов

Новосибирский государственный университет

Газодинамическая ловушка (ГДЛ) представляет собой осесимметричный пробкотрон с большим пробочным отношением и длиной, превосходящей среднюю длину пробега ионов относительно рассеяния в конус потерь. Наибольший интерес с точки зрения термоядерных приложений представляет двухкомпонентный вариант ГДЛ. Плазма в такой системе состоит из относительно холодной мишенной плазмы с температурой до 100 эВ и из популяции быстрых ионов со средней энергией ~ 6-8 кэВ. Экспериментальная программа установки ГДЛ ориентирована на физическое обоснование концепции нейтронного источника на базе ГДЛ.

Для исследования быстрых ионов была развита диагностика на основе активной искусственной мишени. Данная диагностика состоит из диагностического инжектора, создающего активную мишень и анализатора атомов перезарядки. В результате проведенных экспериментов построены функции распределения по энергиям быстрых ионов и изучено их угловое распределение. Экспериментальные данные сравнивались с результатами численных расчетов [1]), предполагающими кулоновский механизм взаимодействия быстрых частиц. Получено хорошее согласование результатов с предсказаниями расчетов. Это позволяет сделать вывод об отсутствии микрофлуктуаций, ведущих к аномальным потерям быстрых ионов из ГДЛ. Также, были проведены эксперименты по измерению плавающего потенциала плазмы. Отсутствие высокочастотных колебаний плавающего потенциала является дополнительным подтверждением сделанного вывода.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Klaus Noack et al., Proc. Open Systems 98 Conf., Novosibirsk, 1998. Р.218

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. П.А. Багрянский

Методика обработки шлирен – фотографий тонких слоёв плазмы с учётом гауссова распределения интенсивности в лазерном пучке

О.Л. Белобородова

Новосибирский государственный университет

Каталитическая фоторезонансная ионизация [1] - один из возможных способов получения плазмы с низкой температурой ионов - изучается на установке КАТРИОН в НГУ. Для измерения распределения показателя преломления плазмы используются бесконтактные методы диагностики: лазерная дефлектометрия и шлирен-метод.

Как правило, при обработке шлирен-фотографий используется приближение геометрической оптики, в котором угол отклонения луча после прохождения оптической неоднородности пропорционален градиенту показателя преломления [2], [3]. В данной работе при обработке полученных фотографий учитывается дифракция и распределение интенсивности в падающем пучке. Интегральное уравнение, связывающее измеряемую с помощью шлирен-метода интенсивность с изменением фазы в исследуемом объекте в случае, когда объект освещается плоской волной и набег фаз в объекте мал, приведено, например, в [4]. Его вывод выполнен в параксиальном приближении с учетом дифракции на ноже. Нами получено аналогичное уравнение для случая гауссова пучка, а также разработаны алгоритмы решения этих интегральных уравнений. Написана программа, восстанавливающая распределение фазы исследуемого объекта по измеренной интенсивности как для случая плоской волны, так и для гауссова пучка. В случае плоской волны интегральное уравнение типа свертки решается методом Фурье, а в случае гауссова пучка уравнение Фредгольма второго рода решается методом итераций.

Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы "Интеграция науки и образования", грант № 274.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

  1. Knyazev B.A., Photoresonance plasma production by excimer lasers as a technique for anode – plasma formation, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1998. A 415. P. 525.
  2. Скотников М.М., Теневые количественные методы в газовой динамике М. 1976.
  3. Климкин В.Ф., Папырин А.Н., Солоухин Р.И., Оптические методы регистрации быстропротекающих процессов М. 1980.
  4. Гудмен Дж., Введение в Фурье -оптику М.: Мир, 1970.

Научные руководители - д-р. физ.-мат. наук, проф. Б.А. Князев, канд. техн. наук, доц. В.С. Черкасский

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТОКОВЫХ СЛОЕВ В УСТАНОВКЕ ГАЛАТЕЯ ТИПА "ПОЯС"

В.С. Яковлев

Новосибирский государственный университет

В работе на основе уравнений одножидкостной магнитной гидродинамики изучено образование токовых слоев в установке галатея типа “Пояс” [1]. Какпоказывают экспериментальные исследования [1], плазменные конфигурации в этой установке однородны вдоль ее длины, которая в модели была принята за ось z. Поэтому в расчетах использовалась двумерная модель, где электромагнитное поле, скорость, плотность и давление плазмы не зависели от z. Считалось, что течение плазмы симметричныо относительно осей x и y. В начальный момент времени t=0 плазма предполагалась полностью ионизированной с однородными распределениями концентрации и давления. На стенках камеры задавалось внешнее электрическое поле. Результаты численного моделирования продемонстрировали образование токовых слоев. При этом была отмечена их нестабильность и обнаружена возможность неоднократного образования токовых слоев. На основе анализа распределений интенсивностей линейчатого излучения плазмы показано хорошее качественное соответствие расчетов с данными лабораторных экспериментов [1].

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Богданов С.Ю., Бурилина В.Б., Кирий Н.П. и др. Эволюция температуры плазмы в зависимости от условий формирования магнитоплазменных конфигураций в прямой системе Галатея-Пояс// Физика Плазмы. 1998. т. 24 N 6.с. 467-480

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук Г.И. Дудникова

ПОДСЕКЦИЯ ФИЗИКИ УСКОРИТЕЛЕЙ

И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

ДИНАМИКА АНИОНА ВО ВНЕШНЕМ КАЛИБРОВОЧНОМ ПОЛЕ

К.Б.Алкалаев

Томский государственный университет

Частицы с дробной статистикой, так называемые анионы , живущие в (2+1)- мерном пространстве- времени вызывают значительный интерес в последние годы. Это обусловлено тем , что концепция дробной статистики является лидирующей в ряде таких теорий как квантовый дробный эффект Холла, высокотемпературная сверхпроводимость, трехмерные топологические теории поля, космические струны и т.д.. Интересно, что частицы дробной статистики могут быть получены в совершенно разных подходах. Например для скалярных частиц, минимально взаимодействующих с полем Черна-Саймонса, поля могут быть исключены из уравнений движения, что приводит к переопределению одночастичных состояний, которые осуществляют теперь парастатистику определяемую константой взаимодействия. Однако при этом остается невыясненным насколько данный подход является ‘трюком’.

В связи с этим развивается другая более конвенциальная возможность описания анионов – теоретико - групповой подход. Он восходит к введенному Вигнером взгляду на элементарную частицу как на неприводимое представление группы Пуанкаре. Поэтому интересно получить ту классическую модель, которая после квантования даст требуемую квантовую теорию. Это достигается рассмотрением конфигурационного пространства частицы в виде прямого произведения пространства Минковского на внутренний сектор призванный описать динамику спина частицы. Функционал действия модели строится исходя из требования Пуанкаре- инвариантности.

В нашей работе мы рассматриваем взаимодействие построенной таким образом D=3 спиновой частицы с внешним U(1)- калибровочным полем. Благодаря специфичности размерности D=3 , в ней возможно U(1)- калибровочное поле не только максвелловского типа но и ‘ топологически массивное’, упоминавшееся выше поле Черна-Саймонса. Учитывая всевозможные калибровочно инвариантные слагаемые, можно записать наиболее общий лагранжиан частицы в поле. При этом нами установлен критерий позволяющий отбирать тот или иной тип взаимодействия. Например, таким образом строго фиксируется гиромагнитный параметр как g=2.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук, проф. С.Л. Ляхович

Применение ФЭУ с МКП в черенковских счётчиках детектора "Кедр"

М.Ю. Барняков

Новосибирский государственный технический университет

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН на накопителе ВЭПП-4М строится современный детектор элементарных частиц "КЕДР". Система аэрогелевых черенковских счетчиков служит для разделения пионов и каонов с импульсами от 600 до 1500 Mev/c. Свет в счётчиках собирается на переизлучатели спектра с органической добавкой BBQ. В качестве регистрирующих приборов используются фотоэлектронные умножители (ФЭУ) с мультищелочным фотокатодом, выполненные на основе микроканальных пластин (МКП). Такие ФЭУ изготовляются в Новосибирске на Заводе "Экран". Для защиты фотокатода от бомбардировки ионами в данных приборах между фотокатодом и МКП помещают тонкую (5 нм) алюминиевую фольгу; возможно также производство ФЭУ без нее.

Важной характеристикой ФЭУ является коэффициент собирания фотоэлектронов с фотокатода на МКП, который зависит от прикладываемого между фотокатодом и МКП напряжения. Зависимость эта существенно различается для приборов с защитной пленкой и без нее.

Целью данной работы являлось измерение характеристик ФЭУ, таких как коэффициент собирания фотоэлектронов на МКП, частота собственных шумов, коэффициент усиления в зависимости от напряжения на МКП и напряжения между фотокатодом и МКП.

В результате работы был создан стенд для измерения характеристик ФЭУ в импульсном режиме, отработана методика измерений, промерены параметры всех имеющихся приборов, результаты измерений подтверждены тестированием прототипа черенковского счётчика. На основании результатов этих измерений осуществляется отбор ФЭУ для постановки в черенковские счетчики детектора "КЕДР" и выбор режима их работы.

Научный руководитель – науч.сотр. Е.А.Кравченко

Однокоординатный детектор рентгеновского излучения для малых углов ОД5

А.А. Дроздецкий

Новосибирский государственный университет

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН на накопительном комплексе ВЭПП-3 и на коллайдере ВЭПП-4 проводятся дифракционные исследования на пучкеСИ. Среди объектов, изучаемых в этих экспериментах, можно выделить класс образцов, которые дают дифракционную картину, однородную по азимутальному углу и имеющую особенности при малых углах рассеяния g -квантов.

Для этой цели предлагается использовать детектор рентгеновского излучения на основе проволочной камеры с радиальным дрейфом ионизации [1], имеющий проектное угловое разрешение рад при фокусном расстоянии 2 м. Фокусное расстояние может изменяться в интервале от 20см до бесконечности.

В результате проведенных тестов получены данные о пространственном разрешении детектора, исследована возможность работы детектора в стримерном режиме, который наблюдался с газовой смесью Ar/n-пентан в соотношении 3/1.

Проведено моделирование образования, сбора ионизации и развития лавины в камере, что позволяет сравнивать полученные экспериментально спектры с расчетными.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Аульченко В.М.,.Дубровин М.С., Толочко Б.П. Проект малоуглового однокоординатного детектора рентгеновского излучения ОД5. Меморандум, 1997.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук М.С. Дубровин

Генератор событий е+е- аннигиляции в 3p g

А.Е.Шер

Новосибирский государственный университет

Для прецизионного измерения сечения процессов е+е- аннигиляции в адроны необходимо с высокой точностью определить функцию отклика детектора (эффективность регистрации) к изучаемому процессу и вычислить радиационную поправку. Для выполнения этих целей создаются генераторы, которые моделируют изучаемые процессы, с учетом излучения радиационных фотонов. Генератор событий е+е- аннигиляции в 3p g создается для детектора КМД-2 и моделирует излучение многих фотонов начальными частицами, то есть электроном и позитроном. Излучение моделируется в так называемой коллинеарной области, вдоль траекторий начальных частиц. Спектр излученных фотонов учитывает наличие w и j резонансов с учетом w -j интерференции. Для моделирования энергии и импульса излученных фотонов используются формула полного сечения е+е- аннигиляции в 3p g , полученная в работе [1]. Ожидаемая точность составит не менее 0.3% в диапазоне энергий коллайдера ВЭПП-2М от 0.4 до 1.4 ГэВ. Генератор является первичным, то есть результатом его работы являются четырех-импульсы конечных частиц. Данный генератор может, таким образом, найти применение на других детекторах и экспериментах, связанных с процессом е+е- ® 3p . Следующим шагом будет учет излучения радиационных фотонов на большие углы. Генератор в данный момент находится в стадии финальной отладки и начинает выдавать результаты.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Кураев Э.А., Фадин В.С. О радиоционных поправках к сечению однофотонной аннигиляции е+е- пары большой энергии. //ЯФ. 1985. Т.41. с.73.

Научный руководитель - канд. физ-мат. наук. Г.В. Федотович

 

 

Построение оптимальных профилей многополюсных линз

О.В. Логинова

Новосибирский государственный технический университет

Качество создаваемого многополюсной линзой поля определяется геометрической формой полюса и положением на нем обмотки (предполагается, что влияние насыщения и погрешностей изготовления несущественно). Для каждой линзы известен теоретический профиль, дающий "идеальное" поле. Но такие профили не могут быть реализованы на практике. По этой причине создаваемые реальными линзами поля всегда кроме основной содержат также (как правило, нежелательные) высшие гармоники.

В настоящей работе предлагается достаточно простой в реализации метод, использующий возможности теории аналитических функций и численные подходы. Его применение позволяет конструировать линзы с любым числом пар полюсов, в пределах рабочей апертуры которых отличие поля от идеального может составлять менее одного процента. Сектор линзы (принадлежащая одному полюсу часть поперечного сечения) аппроксимируется симметричным многоугольником М, на который с помощью интеграла Кристоффеля - Шварца конформно отображается верхняя полуплоскость вспомогательной комплексной переменной w=u+iv. Параметры интеграла - образы вершин М - отыскиваются специальной ранее разработанной в ИЯФ СО РАН процедурой последовательных приближений, причем в качестве стартовых их значений принимаются образы соответствующих точек идеального профиля. При этом граница сектора М и заданное вдоль нее (с учетом обмотки) распределение скалярного магнитного потенциала однозначно отображается на действительную ось u, а интервал R от центра линзы до середины полюса переходит в мнимую полуось v>0. Значение потенциала в любой точке верхней полуплоскости w определяется известным интегралом Шварца. В частности, распределение потенциала на мнимой полуоси v>0 (и тем самым на радиусе R) удалось получить в замкнутой форме. Это важное обстоятельство заметно упростило анализ поля, облегчило построение оптимальной геометрии линзы и позволило предложить алгоритм последовательного определения доли высших гармоник (спектр потенциала) сколь угодно высокого порядка.

Приведены примеры выполненных на персональном компьютере подробных расчетов магнитных квадруполя и секступоля.

Научный руководитель - канд. техн. наук, доц. В.В. Вячеславов

 

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПУШЕК ПРИМЕНЕНИЕМ КРИВОЛИНЕЙНЫХ СЕТОК В МЕТОДЕ ГИУ

А. В. Иванов

Новосибирский государственный университет

В настоящее время в Институте ядерной физики разработан и активно используется комплекс программ SAM, применяемый при расчете аксиально-симметричных электростатических систем и электронных пушек методом граничных интегральных уравнений. Данная работа посвящена дальнейшему развитию этого комплекса в направлении расширения области применения и повышения точности расчетов электронных пушек.

Основные изменения касаются метода описания объемного заряда, в основу которого была положена криволинейная сетка. Данный выбор обусловлен необходимостью точно состыковать сетку со сложной поверхностью катода для уменьшения численного прикатодного шума, а также хорошо описывать пучки сложной формы.

Реализован алгоритм генерации ячеек криволинейной сетки, а так же приемы работы с отдельной ячейкой, такие, как биполярная аппроксимация внутри ячейки, восстановление криволинейных координат по реальным, и т.д.

Поля и потенциалы от объемного заряда ячейки сетки находятся численным интегрированием с использованием гауссовых квадратур. Реализован аналитический метод выделения особенности ядра интегральных уравнений. Применительно к криволинейной сетке разработаны и реализованы модели эмиссии для плоского и сферического катодов, точно описывающие условия старта пучка, а так же модель динамики пучка в пушке.

Это позволило преодолеть ограничения, налагаемые комплексом SAM на геометрию электронной пушки и форму пучка, а так же существенно повысить точность расчетов, особенно в прикатодной области.

Результатом работы является создание комплекса программ UltraSAM, совместимого с комплексом SAM, и предназначенного для расчета широкого спектра геометрий электронных пушек. Реализован генератор криволинейной сетки, позволяющий в интерактивном режиме задавать геометрию сетки, описывающую пучок сложной формы. При реализации вычислительной части программы была проведена большая работа по оптимизации используемых алгоритмов с целью уменьшения времени расчета. Реализован постпроцессор, позволяющий в графическом виде выводить и просматривать результаты расчета. Приводятся результаты расчетов тестовых и реальных электронных пушек, выполненных комплексом программ UltraSAM.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук, ст. науч. сотр. М. А. Тиунов

 

Обоснование квазиклассических траекторно-когерентных асимптотик для уравнения Клейна-Гордона

И.П. Сусак, Л.В. Гриценко

Томский государственный университет

В работе с помощью комплексного метода ВКБ построены состояния релятивистской заряженной бесспиновой частицы в представлении Фешбаха-Вилларса с точностью до О(h 3/2)(mod(h 3/2)). Средние квантовомеханические координат в этих состояниях являются точными решениями классических уравнений Лоренца (в гамильтоновой форме). Эти состояния будем называть траекторно-когерентными (ТКС). Использование Ф-представления позволяет показать, что полученные решения являются асимптотическими решениями задачи Коши. Так как уравнение Клейна-Гордона - это уравнение второго порядка по времени, обоснование квазиклассического приближения, основанного на формуле Дюамеля, в этом случае затруднено. Уравнение Клейна-Гордона в Ф-представлении записывается в виде двух уравнений первого порядка по времени, и следовательно, можно применить формулу Дюамеля для верхней оценки по параметру h , по h ® 0 для разности | | Y as- Y ex| | КГ. Нами были получены в Ф-представлении оценки нормы разности | | Y as- Y ex| | КГ.

Известно, что скалярное произведение для решений уравнения Клейна-Гордона не является положительно определённым. На классе полученных решений скалярное произведение является положительно-определённым для положительно (отрицательно) частотных состояний. Классы решений в процессе эволюции в квазиклассическом приближении с любой степенью точности по h не перемешиваются. Это связано с тем, что вероятность рождения электрон-позитронных пар во внешнем электромагнитном поле пропорциональна exp(- h - 1) (Никишов, Ритус//Труды ФИАН. – Т. 111), в нашем приближении имеет оценку O (h ¥ ). Эффектом Zitterbewegung (быстроосциллирующее движение) можно пренебречь для таких решений. Пересечение подмножеств R h t(+), R h t(-) предгильбертового подпространства R h t является заведомо асимптотически пустым множеством.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Давыдов А.С. Квантовая механика. - М.: Наука, 1974. - 752с.

2. Маслов В.П. Комплексный метод ВКБ в нелинейных уравнениях. - М.: Наука, 1988. -384с.

3. Маслов В.П. Теория возмущений и асимптотические методы. - М.: Наука, 1988. - 312с.

4. Маслов В.П., Федорюк М.В. Квазиклассическое приближение для уравнений квантовой механики. - М.: Наука, 1976. - 296с.

5. Багров В.Г., Белов В.В., Трифонов А.Ю. Квазиклассически сосредоточенные состояния уравнения Шрёдингера // Лекционные заметки по теоретической и математической физике. - Т. 1, ч. 1. - Казань, 1996. - С. 15-136.

6. Robertson H.P. Phys. Rev. 46(1934), 794p.

Научный руководитель - д-р физ-мат. наук, проф. Трифонов А.Ю.

КАЛИБРОВОЧНЫЕ ИНВАРИАНТЫ БОЗОННОЙ СТРУНЫ

В.А. Долгушев

Томский государственный университет

В работе предложена геометрическая интерпретация полиномиальных калибровочных инвариантов открытой бозонной струны, зависящих от полей Фубини-Венециано. Калибровочные преобразования компонент этих полей в точности совпадают с преобразованиями один-форм при заменах координат. С учетом граничных условий поля Фубини-Венециано рассматриваются как один-формы на окружности. Однородность преобразований дает возможность рассматривать инварианты, являющиеся суммами мономов одного порядка. Набор, состоящий из полей Фубини-Венециано рассматривается как набор один-форм на -мерном торе. Группа калибровочных преобразований представляет собой диагональ прямого произведения групп .

Для инварианта -го порядка был предложен следующий анзац: интеграл от внешнего произведения полей Фубини-Венециано по некоторой области на торе. Для инвариантности этого выражения необходимо и достаточно, чтобы соответствующая область переходила сама в себя при калибровочных преобразованиях. В работе найдены все такие области на -мерном торе. При этом из всего набора инвариантов -го порядка такого вида независимыми являются только два , и один из них выражается через полный импульс струны. Все эти инварианты были предъявлены в статьях [1-3]. В этих статьях была изучена классическая алгебра этих инвариантов и затронута возможность построения их квантовой алгебры.

Рассматривается возможность построения полиномиальных инвариантов, содержащих помимо полей Фубини-Венециано координату центра масс струны. Выясняется, что если добавить к некоторому полному набору инвариантов, зависящих от полей Фубини-Венециано, полный момент импульса струны, то полученный набор калибровочных инвариантов не будет для струны полным, причём добавление любых полиномиальных инвариантов, содержащих координату центра масс не исправляет ситуацию. Для построения полного набора калибровочных инвариантов струны необходимо наличие неполиномиального инварианта, содержащего координату центра масс.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Pohlmeyer, K., Rehren K.-H. Algebraic Properties of the Invariant Charges of the Nambu-Goto Theory// Commun. Math. Phys. 105, 593 (1986)

2. Pohlmeyer, K., Rehren K.-H. The Algebra Formed by the Invariant Charges of the Nambu-Goto Theory//. Commun. Math. Phys. 114, 55 (1988)

3. Pohlmeyer, K., The Nambu-Goto Theory of Closed Bosonic Strings Moving in 1+3-Dimentional Minkowski Space: The Quantum Algebra of Observables. hep-th / 9805057

Научный руководитель - д-р физ.-мат. наук, проф. С.Л. Ляхович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г.А. Кукарцев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А.О. Полуэктов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И.Н. Попков

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К.Ю Тодышев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А.С. Захаров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А.В. Богомягков, Е.В. Кремянская, Ю.А. Пахотин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д.Ю. Голубенко

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П. Кудрявцев

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П. Сидоров, С. Шипулина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОДСЕКЦИЯ РАДИОФИЗИКИ

Разработка устройства измерения электропроводности почвы

М.А. Бизин

Новосибирский государственный университет

Разрабатываемое устройство является приставкой к общему устройству, называемого "Гидроскоп". "Гидроскоп" используется для исследования подземных вод, избегая бурения скважин. Проблема заключается в том, что данные о подземных водных пластах могут быть ошибочны в определении глубин, что обусловлено электропроводностью почв.

Разрабатываемое устройство позволит устранить этот недостаток. В качестве датчика используется рабочая петля "Гидроскопа", что вносит дополнительные удобства в эксплуатации устройства. Фактически, измеряется импеданс петли на разных частотах, используя скин-эффект почвы. Решая обратную задачу, получаем электропроводность почвы для разных глубин. Сканирование производится до 100 м в глубину.

Научные руководители: канд. физ.-мат. наук О.А.Шушаков, вед. инж. В.М. Фоменко.

Программа расчета динамики релятивистского пучка в аксиально-симметричной ВЧ структуре

Д.А.Диденков

Новосибирский государственный университет

В настоящее время процесс создания электрофизических установок не может обойтись без предварительного компьютерного моделирования. В ИЯФ СО РАН разрабатываются различные ускоряющие ВЧ структуры для линейных ускорителей, поэтому существует потребность в программе расчета динамики релятивистских пучков в таких структурах.

В данной работе описывается программа, использующая 2 1/2 D CIC модель макрочастиц для описания собственных полей пучка. Программа позволяет: легко задавать произвольное расположение элементов ускоряющей структуры: резонаторов, магнитных линз и дрейфовых промежутков; использовать распределение электромагнитных полей, полученных из программ расчета ВЧ и магнитных полей, например SUPERLANS и SAM; получать необходимую точность и скорость вычислений.

Программа написана на языке С++ с использованием библиотеки MFC и имеет современный интерфейс.

Научный руководитель - науч. сотр. Д.Г. Мякишев

Поиск когерентного тормозного излучения

на электрон-позитронном накопителе ВЭПП-2М

Д.И. Ганюшин

Новосибирский государственный университет

В современных коллайдерах используются встречные плотные сгустки заряженных частиц. Когерентное тормозное излучение (КТИ) представляет собой новый тип излучения на ускорителях со встречными пучками. Оно соответствует излучению частиц одного сгустка в коллективном электромагнитном поле короткого встречного сгустка. КТИ может оказаться полезным инструментом для оптимизации соударений и для измерения параметров сгустков. Длина сгустка s z может быть определена по спектру КТИ как критическая энергия фотонов Ecµ 1/ s z; горизонтальный поперечный размер s x связан с числом испускаемых фотонов КТИ: dNg µ 1/ s x2.

Кроме того, КТИ может применяться для измерения светимости, а также для оперативного контроля нацеливания пучков, так как dNg имеет необычное поведение в зависимости от расстояния между осями сталкивающихся сгустков.

В данной работе описан эксперимент по поиску КТИ на электрон-позитронном накопителе ВЭПП - 2М.

КТИ из места встречи сгустков, вместе с фоновым сигналом от излучения пучков в магнитном поле фокусирующей системы ускорителя регистрировалось с помощью ПЗС линейки на основе микросхемы 1200ЦЛ1 и КАМАК блока. В последствии фон вычитался.

Результатом работы является экспериментальная проверка возможности наблюдения КТИ на накопителе ВЭПП-2М.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук И. А. Кооп

Разработка измерительных средств для магнитных измерений элементов инжекционного канала LHC

О.Б. Голубенко

Новосибирский государственный университет

В Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария), ведутся работы по строительству крупнейшего в мире протонного коллайдера LHC (Large Hadron Collider) с энергией частиц в центре масс 14 ТэВ. Институт ядерной физики СО РАН принимает участие в разработке и создании отдельных систем коллайдера. В частности ИЯФ должен изготовить магнитные элементы канала транспортировки из инжектора в коллайдер протонных пучков с энергией 450 ГэВ.

Магнитооптическая структура инжекционного канала состоит из 360 6-метровых дипольных и 180 1.5-метровых квадрупольных магнитов обычного типа (“теплые” магниты).

Предъявлены высокие требования к однородности поля внутри магнитов. Например для дипольных магнитов однородность поля должна быть не хуже при номинальном значении поля Вном=1,8 Тл.

Для контроля соответствия магнитов предъявленным требованиям необходимо провести магнитные измерения с высокой точностью. Измерения проводятся двумя способами: датчиками Холла и системой неподвижных катушек.

Измерения характеристик магнитов системой на датчиках Холла проводятся на постоянном токе. Линейная матрица датчиков располагается перпендикулярно направлению магнитной оси в медианной плоскости измеряемого магнита. Для дипольных и квадрупольных магнитов используются разные матрицы датчиков. Датчики Холла калибровались по датчику ЯМР, точность калибровки не хуже 10-4 в диапазоне магнитных полей кГс.

Система неподвижных катушек представляет собой две катушки, расположенные вдоль магнитной оси в медианных плоскостях магнитов. Одна катушка помещается в измеряемый магнит, вторая – в магнит-образец. Измеряется разностный сигнал, снимаемый с катушек, включенных навстречу друг другу, при линейно нарастающем токе питания магнитов с временем нарастания около 10 с. Максимальный ток питания магнитов соответствует требованию спецификации.

Проведены магнитные измерения первых трех дипольных и восьми квадрупольных магнитов. Достигнута точность измерения магнитного поля датчиками Холла около 0,5× 10-4, точность измерения градиента поля составила около 10-3. Для системы неподвижных катушек точность измерений получена порядка 10-5.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук И.Я. Протопопов

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХ ГЕНЕРАТОРОВ

ВАН-ДЕР-ПОЛЯ, СВЯЗАННЫХ ПОРОГОВОЙ СВЯЗЬЮ

Н.В. Головкина

Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского,

Генератор Ван-дер-Поля является классической системой нелинейной динамики и теории колебаний и волн [1]. Целью данной работы является изучение динамики системы двух связаных генераторов, поведение каждого из которых описывается уравнением Ван-дер-Поля:

. (1)

Генераторы связаны друг с другом новым типом связи. Данная связь называется пороговой связью и описывается добавлением слагаемого . Наличие данного слагаемого предполагает затухание колебаний в одном генераторе при превышении определенного порога амплитуды колебаний во втором генераторе.

Изучаемая система описывается уравнениями следующего вида:

(2)

Исследование системы уравнений (2) проводилось численно с помощью метода Рунге-Кутта 4 порядка [2] с шагом интегрирования h=0,005. Управляющие параметры принимали значения, лежащие в диапазоне от 2 до 4 для параметра E и от 0.1 до 0.5 для параметра e. В ходе исследования системы двух генераторов Ван-дер-Поля были получены фазовые портреты, соответствующие режимам колебаний при различных значениях управляющих параметров. Было показано, что в описываемой системе возможны как периодические колебания, которым в фазовом пространстве соответствуют предельные циклы, так и хаотические колебания, образами которых в фазовом пространстве являются странные аттракторы.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Рабинович М.И., ТрубецковД.И.. Введение в теорию колебаний и волн. M.: Наука 1984.

2. Корн Г.,. Корн Т.. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М: Наука, 1978.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук А.А. Короновский.

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАСЧЕТА ЭЛЕКТРОННЫХ ПУШЕК

А. В. Иванов

Новосибирский государственный университет

В настоящее время в Институте ядерной физики разработан и активно используется комплекс программ SAM, применяемый при расчете аксиально-симметричных электростатических систем и электронных пушек методом Граничных Интегральных Уравнений. Данная работа посвящена дальнейшему развитию этого комплекса в направлении расширения области применения и повышения точности расчетов электронных пушек.

Основные изменения касаются метода описания объемного заряда, в основу которого была положена криволинейная сетка. Данный выбор обусловлен необходимостью точно состыковать сетку со сложной поверхностью катода для уменьшения численного прикатодного шума, а также хорошо описывать пучки сложной формы.

Реализован алгоритм генерации ячеек криволинейной сетки, а так же приемы работы с отдельной ячейкой, такие, как биполярная аппроксимация внутри ячейки, восстановление криволинейных координат по реальным, и т.д.

Поля и потенциалы от объемного заряда ячейки сетки находятся численным интегрированием с использованием гауссовых квадратур. Реализован аналитический метод выделения особенности ядра интегральных уравнений. Применительно к криволинейной сетке разработаны и реализованы модели эмиссии для плоского и сферического катодов, точно описывающие условия старта пучка, а так же модель динамики пучка в пушке.

Это позволило преодолеть ограничения, налагаемые комплексом SAM на геометрию электронной пушки и форму пучка, а так же существенно повысить точность расчетов, особенно в прикатодной области.

Результатом работы является создание комплекса программ UltraSAM, совместимого с комплексом SAM, и предназначенного для расчета широкого спектра геометрий электронных пушек. Реализован генератор криволинейной сетки, позволяющий в интерактивном режиме задавать геометрию сетки, описывающую пучок сложной формы. При реализации вычислительной части программы была проведена большая работа по оптимизации используемых алгоритмов с целью уменьшения времени расчета. Реализован постпроцессор, позволяющий в графическом виде выводить и просматривать результаты расчета. Приводятся результаты расчетов тестовых и реальных электронных пушек, выполненных комплексом программ UltraSAM.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. М. А. Тиунов

Аналитические методы расчета электронных пушек,формирующих интенсивные релятивистские пучки электронов

М. В. Кузнецова

Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского

В современных мощных электронных приборах СВЧ, в частности в многорезонаторных релятивистских клистронах, используются интенсивные релятивистские электронные пучки.

В настоящем докладе предлагаются методы расчета электродов пушки, формирующей цилиндрический электронный пучок постоянного диаметра при релятивистских скоростях. Для решения поставленной задачи используется метод синтеза. Задача синтеза, в свою очередь, распадается на две задачи: внутреннюю и внешнюю. Применив известные результаты решения задачи о распределении потенциала в плоском диоде при релятивистских скоростях, определено распределение потенциала внутри пучка при заданных прямолинейных траекториях электронов. В этом случае распределение потенциала отличается от известного “закона степени 4/3 “.

Для решения внешней задачи предложено использовать принцип аналитического продолжения. В результате найдено решение уравнения Лапласа, удовлетворяющее граничным условиям на поверхности пучка, что позволило впоследствии построить нулевую и анодную эквипотенциали при различных значениях тока пучка. Анализ полученных результатов показывает, что при увеличении тока релятивистского пучка, а также с ростом продольной координаты уменьшается угол наклона нулевой эквипотенциали к оси пучка.

Учитывая релятивизм, нельзя не принимать во внимание фокусирующее действие собственного магнитного поля пучка. Влияние собственного магнитного поля на форму электродов предлагается учесть с помощью метода Рэдли. Для релятивистского случая в соответствии с этим методом можно подобрать одно или большее число семейств функций, в которых каждая из функций в отдельности удовлетворяет уравнению Лапласа, но не удовлетворяет заданным граничным условиям. Вместе с тем можно выбрать соответствующее семейство этих функций так, что их сумма удовлетворит граничным условиям. В результате интегрирования уравнения для распределения потенциала получены в явной форме выражения для расчёта электродов, формирующих цилиндрический пучок при релятивистских скоростях с учетом собственного магнитного поля электронов.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук, проф. Ю.Д. Жарков

 

РЕФРАКЦИЯ ВОЛН В СИЛЬНО ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ

Д.В .Лосев

Томский государственный университет

Современная трактовка понятия рефракции лучевой траектории волны основана на использовании принципа Гюйгенса-Кирхгофа. Определяющим механизмом формирования полного поля является интерференция волновых возмущений, накапливаемых на всевозможных виртуальных траекториях, соединяющих точки излучения и приема. При такой интерференции вторичных волн наиболее существенный вклад в результирующее поле в точке наблюдения дадут только те траектории, которые лежат в пределах первой зоны Френеля. При устремлении рабочей длины волны к нулю зона Френеля стягивается в так называемую. фазовую траекторию (луч). Такой подход применим для сред с малым поглощением. В случае, когда поглощением, имеющим экспоненциальный характер, пренебречь нельзя, существенный вклад в результирующее поле в точке наблюдения дадут те траектории, для которых ослабление не сильно отличается от своего экстремально малого значения. Чем сильнее ослабление, тем сильнее вблизи экстремальной линии сжимается область пространства, в пределах которой сосредоточены соответствующие виртуальные траектории. Зона, существенная для распространения при сильном поглощении, может быть отождествлена с амплитудной траекторией волны [1]. Для локально-слоистых сред по принципу Ферма описание оптимальных траекторий сводится к применению закона Снелля, где вместо показателя преломления следует взять коэффициент линейного поглощения.

Описание рефракции волн в сильно поглощающих средах имеет фундаментальное значение и позволяет существенно расширить область применимости известных геометрооптических решений. Проведенное имитационное моделирование подтвердило работоспособность предлагаемого подхода для решения задачи восстановления структуры неоднородных сред с учетом рефракции, вызванной сильным поглощением.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. В.П. Якубов, Д.В .Лосев. Восстановление внутренней структуры сильно поглощающих сред по ослаблению прошедшего излучения // Оптика атмосферы и океана, 1996, Т. 9, № 10, с. 1367-1372.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук, проф. В.П. Якубов.

RC генераторы хаотических колебаний

с взаимной связью

В.В. Негруль

Томский государственный университет

Проблема генерации и практического использования хаотических колебаний является одной из наиболее актуальных проблем современной физики, исследующей существенно нелинейные, открытые, неравновесные системы. Радиофизика предоставляет значительные возможности для изучения динамических систем со сложным нерегулярным поведением. Структуры, генерирующие хаотические колебания, могут найти применение в устройствах конфиденциальной передачи информации, в основу функционирования которых положены явления либо взаимной и вынужденной хаотической синхронизации либо явление хаотического отклика.

В докладе излагаются результаты экспериментальных исследований RC автогенераторов хаотических колебаний с числом степеней свободы . Изучено поведение генераторов в автономных режимах, а также систем взаимодействующих генераторов с различными типами связей. Установлено, что хаотизация движения в автономном RC автогенераторе происходит по автопараметрическому сценарию [1]. С увеличением размерности фазового пространства размерность аттрактора быстро достигает насыщения. При воздействии на хаотическую систему регулярным сигналом наблюдалось явление внешнего возбуждения регулярных колебаний. Система взаимно и невзаимно связанных RC автогенераторов демонстрирует явления взаимной хаотической и взаимной детерминированной синхроронизации. При внешнем воздействии хаотическим сигналом одного генератора на другой генератор, работающий в хаотическом режиме, явление вынужденной хаотической синхронизации, а также стимулирование генерации регулярных колебаний не обнаружено.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Владимиров С.Н., Негруль В.В. RC источники хаотических колебаний.// Тр. четвертой междунар. науч.-техн. конф. “Актуальные проблемы электронного приборостроения, АПЭП - 98”. Новосибирск, 1998. Т. 10. С. 109-111.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук, доц. С.Н. Владимиров

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАМЕДЛЯЮЩИХ СИСТЕМ C ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА

С.А. Павлов

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Теоретический расчет электродинамических параметров для многих типов замедляющих систем оказывается достаточно сложным и часто приближенным. Поэтому часто ВЧ параметры определяются экспериментально, для чего используются метод либо “горячих”, либо “холодных” измерений. Метод “горячих” измерений основан на изучении взаимодействия пучка с бегущей волной и имеет ряд несомненных преимуществ, т.к. электронный поток является естественным анализатором фазовых скоростей благодаря явлению пространственного резонанса.

Анализ взаимодействия электронного пучка с бегущей волной показывает, что в зависимости от скорости электронов и тока луча коэффициент усиления может иметь два экстремальных значения, одно из которых соответствует максимальному усилению волны, а другое - максимальному затуханию. Режим максимального затухания входного сигнала, получивший название режима срыва Компфнера, обладает рядом преимуществ: зависимость условия бесконечного затухания в ЛБВ от величины тока и скорости электронного пучка носит критический характер; при измерении ВЧ параметров можно не принимать во внимание качество согласования концов замедляющей системы.

Однако условия срыва Компфнера жестко связаны с параметром длины пространства взаимодействия, что налагает серьезное ограничение на применение метода срыва Компфнера для приборов, в которых ввод и вывод энергии носит распределенный характер. В связи с этим предложено дополнить метод срыва Компфнера методикой, основанной на использовании режима нулевого усиления сигнала. Предложенная методика позволяет посредством экстраполяции экспериментальной зависимости ускоряющего напряжения от тока пучка в область нулевого значения тока пучка быстро и точно получить

значение фазовой скорости волны и как следствие корректно определить параметр длины пространства взаимодействия.

В результате проведенной работы на базе метода дисперсионного уравнения, создано программное обеспечение, автоматизирующее процесс обработки экспериментальных результатов.

Научный руководитель - д-р. физ. мат. наук., проф. Ю.Д. Жарков

МАГНИТОИНДУКТИВНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

С.А. Петров

Новосибирский государственный университет

Датчики перемещений находят очень широкое применение, поскольку контроль положений и перемещений является важным элементом правильного функционирования большого числа разнообразных машин. В то же время многие физические величины измеряются с помощью их первичного преобразования в перемещение (измерение сил, давлений, ускорений, температур и т.д.). В результате проведенной работы был разработан, сконструирован и исследован датчик магнитоиндуктивного типа. Прибор состоит из трех частей: генератор прямоугольного сигнала, индуктивный датчик положения и синхронный детектор. Роль датчика положения выполняют две катушки индуктивности соединенные последовательно, расположенные на одном корпусе и имеющие общий сердечник. Синхронный детектор реализован на микросхеме КР590КН3. Для работы необходимо напряжение питания ± 12В.Зависимость выходного напряжения U является нелинейной функцией перемещения L. Функция U( L) имеет S-образный вид и участок хорошей линейности, который используется как рабочий. Длина рабочего участка 10мм. Отклонение от линейности на рабочем участке не более 3% . Разрешающая способность датчика 1 микрон.

Научный руководитель - канд. техн. наук В.В Репков

 

 

Наладочный преобразователь для высоковольтного источника питания инжектора плазмы

И. А. Полей

Новосибирский государственный университет

В данной работе предпринята попытка создания экспериментального наладочного преобразователя для высоковольтного источника питания инжектора плазмы.

В описываемом источнике питания можно выделить следующие функциональные узлы:

- сетевой двухполупериодный трехфазный выпрямитель со сглаживающим фильтром;

- импульсный регулирующий элемент, выполненный по схеме классического импульсного стабилизатора понижающего типа;

- выходной преобразователь, реализованный по схеме мостового инвертора с внешним возбуждением;

- блок контроллера и защиты источника от аварийных режимов работы.

Регулирование и стабилизация выходного тока источника питания осуществляется при помощи импульсного стабилизатора, управляемого методом релейной модуляции с синхронизацией моментов включения и выключения.

Выходной ток источника питания допускает регулировку в пределах 0 - 10 А при максимальной выходной мощности 5 кВт. Частота преобразования выбрана равной 25 кГц с возможностью синхронизации внешним тактовым сигналом.

Источник имеет встроенную электронную защиту от превышения выходного тока и короткого замыкания по выходу, а также от превышения первичного сетевого напряжения.

В качестве коммутирующих силовых элементов в устройстве применены IGBT транзисторы. Конструктивно источник оформлен в виде стандартного блока для радиостойки “вишня” и имеет принудительное воздушное охлаждение. Габариты устройства 400 х 200 х 200.

Научный руководитель - мл. науч. сотр. В.В. Ращенко

 

МЕТОД ГЕНЕТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФОРМЫ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ

С.Э. Шипилов

Томский государственный университет

Одной из важнейших информационных характеристик радиолокационного объекта (РЛО) является его форма. В случае, когда возможность многоракурсного обзора РЛО недостижима, возникают существенные проблемы при восстановлении его формы. Привлечение априорной информации о возможных вариациях формы РЛО позволяют решить эту задачу при малых углах обзора. Разработанный метод позволяет решать задачу восстановления формы для углов обзора менее 3 градусов в присутствии шумов при зондировании РЛО сверхширокополосным излучением.

Центральным звеном предложенного метода является разложение принятого от РЛО сигнала на так называемые генетические функции (ГФ). Каждая из ГФ несёт в себе интегральную информацию о каком-либо фрагменте РЛО при фиксированном ракурсе. При этом задача восстановления формы сводится к обращению матричного выражения относительно неизвестных весовых коэффициентов для каждой из ГФ и их положений на временной оси. Набор ГФ представляет собой банк данных заранее рассчитанных импульсных характеристик характерных деталей РЛО и их вариаций по размерам и форме. Определение местоположения фрагментов РЛО, соответствующих найденным ГФ, производится по схеме разнесённого приёма, когда относительные задержки данной ГФ в каждом из приёмников преобразовываются в координаты соответствующего фрагмента.

В ходе численного эксперимента по восстановлению формы стилизованной модели самолёта исследовалось зависимость точности восстановления от шумов измерений. Разнос приемников обеспечивал угловую базу обзора РЛО 2.6 градуса. Точность восстановления в отсутствии шумов составила 100%, а при уровне шумов 10% составила 80%. Точность метода существенно зависит от начальных приближений положения ГФ на временной оси. В данной работе предложен оригинальный подход по оценке начальных приближений.

Научные руководители - д-р. физ.-мат. наук, проф. В.П. Якубов, д-р. физ.-мат. наук, проф. В.И. Кошелев.

 

Метод двойной фокусировки в трансмиссионной радиотомографии

С.А. Славгородский

Томский государственный университет

В настоящей работе предлагается новый подход к созданию радиотомографа, основанный на развитии метода двойной фокусировки [1].Суть метода состоит в совместном использовании фокусировки засвечивающего и рассеянного излучения в заданную точку пространства. При сканировании точкой фокусировки исследуемого объема принимаемый сигнал линейно зависит от возмущения диэлектрической проницаемости неоднородностей, попадающих в область локализации излучения. Двойная фокусировка позволяет существенно понизить роль многократных взаимодействий излучения и повысить разрешение неоднородностей среды.

В настоящей работе рассматривается возможность создания узкого волнового канала для реализации трансмиссионной томографии. Созданная на длине волны 3 см экспериментальная установка обеспечивает локализацию излучения в объеме диаметром 3 см и протяженностью 30 см. Фокусировка осуществляется двумя изготовленными из гипса линзами, диаметр которых 32 см. Послойное сканирование осуществляется посредством перемещения объекта относительно волнового канала. Амплитудно-фазовое распределение волновой проекции регистрировалось измерителем комплексных коэффициентов передачи Р4-36.

Обработка экспериментальных данных предполагает снятие размытия теневых проекций с помощью операции деконволюции. Затем, путем обращения многоракурсных проекций, производится восстановление пространственной структуры среды. Полученные результаты подтверждают работоспособность выбранной схемы томографа и перспективность ее развития.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Якубов В.П., Машаруев М.Л., С.А. Славгородский, Лосев Д.В., Шипилов С.Э. Микроволновая томография неоднородных сред // Оптика атмосферы океана. 1997. Т.10. № 12. С.1500-1507.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук, проф. В.П. Якубов

Система взаимносинхронизированных автогенераторов со многими нагрузками в цепи связи

А.И. Заревич, С.А. Майдановский

Томский государственный университет

Построение источников электромагнитных колебаний сверхвысоких частот на основе многих синхронизированных автогенераторов предоставляет новые эффективные возможности управления параметрами излучения. Это особенно актуально для высоких и сверхвысоких уровней мощности, в частности, при решении задачи распределения мощности по системе нагрузок. Реализация указанных возможностей связана с разработкой способов объединения генераторов, обеспечивающих высокую стабильность синхронных режимов.

В докладе кратко анализируются свойства простейших симметричных и несимметричных цепей [1] и на их основе предлагается схема соединения двух СВЧ-автогенераторов, работающих на систему нагрузок. Нагрузки включаются в цепь связи таким образом, что одна из них обеспечивает стабильность синхронных режимов, а по остальным нагрузкам мощность распределяется равномерно.

В приближении равенства амплитуд, для произвольного числа нагрузок, получены аналитические выражения выделяемой на них мощности в зависимости от частотной расстройки автогенераторов. Экспериментальные исследования проведены на системе с тремя нагрузками с маломощными транзисторными автогенераторами в диапазоне 3-4 ГГц. Экспериментальные мощностно-частотные характеристики качественно соответствуют расчетным. Полоса синхронизации достаточно велика (более 3%), что иллюстрирует высокую стабильность синхронного режима.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Владимиров С.Н., Майдановский А.С., Новиков С.С. Нелинейные колебания многочастотных автоколебательных систем. Томск: Изд. Том. Ун-та.,1993.

2. Novikov S.S.. Multigenerator coherent microwave systems based on symmetrical and nonsymmetrical schemes, in Intense Microwave Pulses V, Proc. SPIE. V. 3158. 1997.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, доц. С.С. Новиков

SAMPLE&HOLD КОНВЕРТОРдля измерения

импульсных сигналов пучка

В.Ю. Зорин

Новосибирский государственный университет

Системы диагностики пучка в накопителях, которые позволяют измерять положение пучка на каждом обороте, являются весьма информативными, так как позволяют изучать инжекцию и бетатронное и синхротронное движение пучка. Сигнал датчика в таких системах представляет собой последовательность коротких импульсов, амплитуда которых меняется от оборота к обороту. Для измерения подобных сигналов оказывается возможным использовать АЦП умеренного быстродействия, которые имеют необходимую точность. Наивысшую тактовую частоту АЦП при этом достаточно иметь равной частоте обращения. Номинальная точность такого АЦП реализуется, если обеспечить на его входе сигнал, постоянный в течение периода обращения пучка. Для приготовления такого сигнала из импульсного сигнала пучка, наилучшим средством является схема выборки-хранения (Sample&Hold), поставляющая на вход АЦП постоянный в течение периода сигнал, равный амплитуде импульсов пучка.

Целью данной работы является разработка блока Sample&Hold конвертора и анализ факторов, влияющих на его точность. Конвертор изготовлен в виде САМАС-блока с использованием современной аналоговой техники. Минимальное время выборки составляет 5 нс, что позволяет измерять короткие импульсы, что в свою очередь даёт возможность использовать систему диагностики для многосгусткового пучка. В связи с тем, что датчик положения пучка имеет 4 электрода, блок также сделан 4х-канальным. Конвертор обеспечивает малый дрейф и сдвиг нуля выходных сигналов, а также обладает хорошей линейностью, что обеспечивает необходимую точность измерения координат пучка.

Научный руководитель - канд.техн.наук, ст. науч. сотр. А.С. Калинин.

 

 

Монитор ионизационной камеры

А.Н. Епифанцев

Новосибирский государственный университет

В ИЯФе разрабатывается монитор ионизационной камеры, предназначенный для контроля интенсивности пучка синхротронного излучения.

Ионизационная камера представляет из себя замкнутый объем, заполненный инертным газом определенного состава, в который введены два электрода - измерительный и электрод смещения. При прохождении сквозь этот объем пучка синхротронного излучения газ ионизируется, заряды разносятся под действием электрического поля между электродами, и камера пропускает ток, пропорциональный интенсивности части пучка, поглощенной в объеме. Значение тока камеры позволяет судить об интенсивности пучка излучения.

Монитор представляет собой электронный блок, предназначенный для управления ионизационной камерой. Он обеспечивает питание камеры и измерение сигнала. Монитор является системой полностью достаточной для работы с ионизационной камерой, то есть другое дополнительное оборудование не требуется. Базовый вариант монитора - одноканальный.

Для связи с компьютером в монитор встроен, в качестве основного, специализированный приборный последовательный интерфейс. В качестве вспомогательного предусмотрен интерфейс RS232. Оба интерфейса позволяют подключение к одной линии нескольких мониторов.

В состав монитора входит высокостабильный управляемый высоковольтный источник, позволяющий подавать на электрод смещения камеры напряжение в диапазоне 50 - 1000 В с разрешением 0,5 В. Шумы источника не превышают 10 мВ.

Для обработки сигнала камеры применен однодиапазонный измеритель постоянного тока. Входной сигнал пропускается через фильтр низких частот второго порядка с постоянной времени порядка 2 мсек, а затем оцифровывается с помощью 20-разрядного интегрирующего АЦП. Диапазон измерителя определяется номиналом одного резистора и может быть задан от 20 нА - при измерении слабых сигналов, до 2 мкА. В базовом варианте предполагается диапазон 80 нА и техническое разрешение - 10 фА. Реальное разрешение определяется шумами и ожидается порядка 2 пА при экспозиции 320 мсек.

Выходной код измерителя пропорционален интегралу от входного сигнала за время экспозиции (время измерения). Измеритель имеет 8 диапазонов с временами экспозиции от 20 мсек до 2,56 сек по сетке удвоения интервала. Времена экспозиции выбраны кратными периоду сети для подавления влияния сетевых наводок и синхронных с сетью пульсаций интенсивности пучка.

В основном режиме измеритель работает непрерывно, отправляя данные после каждого измерения. При этом интервалы экспозиции размещены слитно, без разрывов, что позволяет производить дополнительную цифровую фильтрацию в управляющем компьютере.

В состав монитора входит микроконтроллер, который реализует основную логику работы монитора. Микроконтроллер осуществляет также промежуточную цифровую фильтрацию сигнала камеры, производит диагностику узлов и режимов работы монитора, осуществляет связь с управляющим компьютером. Для реализации скоростного специализированного приборного последовательного интерфейса используется ПЛИС.

Конструктивно монитор выполнен в виде двух блоков крепящихся на корпусе ионизационной камеры. Связь с компьютером осуществляется через коаксиальный кабель или кабель RS232.

В мониторе предусмотрены дополнительные возможности:

Групповая синхронизация, позволяющая с точностью до 10 мксек совместить интервалы экспозиции нескольких мониторов, подключенных к одной линии - для организации фотометрических измерений.

Программная точная подстройка длительности интервала экспозиции под текущее значение частоты питающей сети - для более глубокого подавления сетевых наводок.

Режим "картинки" - серия слитных измерений с интервалом экспозиции 1/12 или 1/16 периода сети (до четырех периодов сети) - для анализа синхронных с сетью пульсаций интенсивности пучка.

Научный руководитель – науч.сотр. В.В. Каргальцев

МОДЕРНИЗАЦИЯ БЕСКОНТАКТНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕнИЯ ТОКОВ

Ю.С. Скворцов

Новосибирский государственный университет

Для питания магнитных систем в ускорительной технике используются мощные источники тока. Составной частью систем питания являются измермители тока. В настоящее время в институте ядерной физики СО РАН (ИЯФ) для измерения токов порядка 20кА ипользуется магнитный компаратор на второй гармонике (МК), осущесвляющий прецизионную транформащию тока 20кА, с точностью 10-6 позволяющий уменьшить мощность рассеиваемую на прецизионном шунте.

В процессе эксплуатации МК возникла потребность в повышении надежности отдельных узлов прибора, так как в определённых режимах работы усилитель компенсации (УК), являющийся одним из ключевых узлов МК, выходил из строя. Кроме того, режим автоматического поиска рабочей точки МК был неудовлетворительным.

Для оптимизации условий работы МК был разработан усилитель с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), предназначенный для выполнения функций УК, работавшего в режиме линейного усиления.

Исследован режим автоматического поиска рабочей точки компаратора, устойчивость работы цепи обратной связи (ОС) в рабочей точке.

В результате определены критерии устойчивости работы цепи ОС и автоматического поиска. Так же было повышено КПД УК, снижены его габаритные размеры и увеличена надежность.

Научный руководитель - канд. техн. наук В.Ф. Веремеенко

ПОДСЕКЦИЯ ФИЗИКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

И ДИЭЛЕКТРИКОВ

ИЗУЧЕНИЕ ДЕФЕКТОВ УПАКОВКИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ КРЕМНИЯ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТОПОГРАФИИ

В.Г. Анисимов, А.Н. Буйлов, А.О. Окунев

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Abstract. The stacking faults fnd the partial dislocations have been investigated with Borrmann X-Ray topography. The crystal planes with stacking faults, disposing under angles a =70,53° to surface (111), were identified. In monocrystal Si the stacking faults with limited partial dislocations with axes <112> were found, that were not observed earlier.

В работе исследовались почти бездислокационные монокристаллы кремния выращенные по методу Чохральского в направлении [111] с гигантскими дефектами упаковки.

Рентгенотопограммы снимались топографическим методом аномального прохождения рентгеновских лучей с использованием симметричного лауэвского случая дифракции, отражений {220} и характеристического излучения CuKa - излучения. Направление рентгеновского пучка в кристалле было [111]. Разрешение составляло ~ 6 мкм.

Были получены рентгенотопографические изображения ДУ и частичных дислокаций, их ограничивающих. На основе анализа бормановского контраста интенсивности ДУ и частичных дислокаций обнаружено, что ДУ проявлялись как широкие полосы отрицательного контраста, а в районе выхода на поверхность иногда наблюдалась яркая кайма с положительным контрастом. ДУ имели отрицательный контраст интенсивности (Ig< Iф) зависящий от глубины и постепенно спадающий к фону. В случае двух близко расположенных ДУ наблюдался для одного ДУ более сильный контраст интенсивности из-за наложения контраста интенсивности от другого ДУ. ДУ в монокристаллах кремния, в отличие от ДУ в эпитаксиальных слоях Ge и Si, имели размеры сравнимые с диаметром слитка. Когда ДУ обрывался на краях слитка, частичные дислокации не наблюдались. Если ДУ обрывался внутри кристалла, то он ограничивался частичными дислокациями Шокли или Франка. ДУ располагались в кристаллографических плоскостях {111}, лежащих наклонно под углом a = 70,53О к поверхности (111) и содержали большое количество полных дислокаций в основном краевого типа с осями <100> и <112>.

Большинство ДУ в монокристаллах кремния и в эпитаксиальных слоях Ge и Si ограничены частичными дислокациями с осями <110>, однако в монокристаллах Si были обнаружены ДУ с частичными дислокациями с осями <112>, что никогда не наблюдалось в ДУ гомоэпитаксиальных слоев.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук, проф. Л.Н. Данильчук

Структура, состав и свойства газочувствительных тонких пленок SnO2(Sb) с нанесенным платиновым катализатором

О. В. Анисимов

Томский государственный университет

Для создания портативных газоанализаторов широко используются адсорбционночувствительные резисторы на основе металлоокисных полупроводников (SnO2, ZnO, TiO2 и др.). Управление их свойствами осуществляется путем введения в объем легирующих добавок и нанесения на поверхность дисперсных катализаторов. Трудности в разработке сенсоров газов связаны с тем, что до конца не выяснены механизмы влияния примесей и катализаторов, не определены требования к материалам и технологии изготовления чувствительных элементов.

В настоящей работе исследованы микроструктура и свойства тонких пленок диоксида олова в зависимости от содержания легирующей примеси(сурьмы), а также от условий нанесения платинового катализатора. Пленки SnO2 толщиной 50 - 100 нм получали катодным распылением в кислородно-аргонной плазме мишени, представляющей собой слиток олова с добавками сурьмы. Содержание Sb варьировали от 0,1 до 5 ат. %. В качестве подложки использовали поликоровые пластины толщиной ~ 150 мкм. Контакты к SnO2 и нагреватель на обратной стороне подложки формировали напылением платины с последующей фотолитографией. Сверхтонкие слои платины наносили напылением, или пропиткой раствором платинохлористоводородной кислоты . Микроструктуру полученных образцов изучали в растровом электронном микроскопе РЭМ-200. Адсорбционный отклик на воздействие моноокиси углерода в воздухе измеряли в динамическом режиме.

Показано, что газочувствительные свойства пленок SnO2(Sb) определяются размером микрокристаллитов полупроводника, а также размерами и плотностью распределения островков каталитической платины. Введение сурьмыв количестве 0,1 - 1,5 ат.% не оказывает влияния на величину адсорбционного отклика, но способствует повышению стабильности параметров сенсоров в процессе эксплуатации. Установленные закономерности удовлетворительно объясняются в рамках двухканальной модели проводимости пленок диоксида олова. В присутствии платины окисление CO может осуществляться как за счет предварительно адсорбированного кислорода в форме O-, так и за счет гидроксильных групп.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук В.П. Воронков

Определение энергетической зависимости прозрачности границы раздела GaAs (Cs,O)-вакуум для электронов

В.В. Бакин

Новосибирский государственный университет

Полупроводники с отрицательным электронным сродством находят сегодня свое применение в разнообразных приборах и устройствах: это и современные высокочувствительные фотоприемники, и эффективные источники спин-поляризованных электронов, и уникальные эмиттеры электронных пучков с малым разбросом по энергиям и углам вылета частиц. Но, несмотря на столь широкое практическое применение, и более чем тридцатилетнюю историю исследования, в физике полупроводников с отрицательным электронным сродством все еще существуют слабоизученные области. В частности, не до конца понятыми остаются процессы, сопровождающие выход фотоэлектронов в вакуум. В понимании, раскрытии физической сущности этих приповерхностных процессов существенную роль могло бы сыграть нахождение энергетической зависимости прозрачности границы раздела полупроводник с отрицательным электронным сродством-вакуум.

В данной работе энергетическая зависимость коэффициента прозрачности была определена для электронов с энергией 50-400 meV выше дна зоны проводимости. В работе применялся метод задерживающих потенциалов в поперечном магнитном поле, что позволило повысить точность в определении энергетической зависимости коэффициента прозрачности.

Научные руководители - д-р. физ.-мат. наук., проф. А.C. Терехов, мл. науч. cотр. В.Э. Андреев

Вакансии в нанокристаллах кремния

М. В. Басенко

Новосибирский государственный университет

В последнее время в физике полупроводников большое внимание уделяется исследованию свойств наноструктур. Одной из задач данного направления является изучение стабильности нанокристаллитов со свободной поверхностью и закрепленных в матрице.

На стабильность нанокристаллитов существенное влияние оказывают дефекты. Экспериментально известно, при определенной концентрации может произойти фазовый переход с изменением структуры кристаллита. Вероятность образования определенного дефекта зависит от энергии его формирования. Таким образом, зная такую зависимость, можно установить концентрацию дефектов в нанокристаллите. Энергию формирования можно подсчитать следующими методами:

- из первых принципов (квантово- механический);

- на основе эмпирических потенцалов взаимодействия между атомами.

Основной особенностью в моделировании являлось то, что, сначала устанавливались связи между атомами (число связей соответствует валентности кремния c sp3 гибридизацией), а затем производилась релаксация системы. Этот подход соответствует химическому подходу в моделировании твердых тел. Если установлен тип связи, то определен и тип взаимодействия, и тогда можно ввести эмпирический потенциал взаимодействия между атомами.

В работе приведены результаты моделирования вакансии и дивакансии в нанокристаллах кремния, с использованием эмпирических потенциалов взаимодействия между атомами.

Прослежена зависимость энергии образования данных дефектов от размера кристаллита (102 - 105 атомов) и различных условий на поверхности. Поверхность могла быть:

- свободная не реконструированная;

- свободная реконструированная;

- с закрепленными атомами (нанокристаллит в матрице).

Установлено, что в зависимости от условий на поверхности разность энергий образования дефекта может достигать нескольких эВ.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук Л. Н. Сафронов

Зависимость спектров диэлектрических потерь и их характеристик от размера эмульсионных микрокристаллов AgBr

П.С.Бондаренко, К.А. Грабaров

Кемеровский государственный университет

Ранее проведенные исследования показали, что концентрация межузельных ионов серебра зависит от размеров микрокристаллов (МК) и при их уменьшении происходит увеличение ионной проводимости. В реальных фотоэмульсиях часто наблюдается дисперсия в размерах МК. Кроме того, в эмульсии часто присутствует фаза, отличная либо по размерам, либо по огранке отосновной массы МК.

Экспериментальных исследований, направленных на изучение реальных фотографических эмульсий с МК, имеющими разброс по размерам до сих пор не проводилось. В связи с этим была поставлена следующая задача: изучить влияние изменения в пропорции составных компонентов смеси, составленной из МК различного размера, на характеристики ионной подсистемы, и проследить при этом изменение в спектрах диэлектрических потерь (ДП) и их характеристик.

Для этого были проведены исследования ДП фотоэмульсий с МК кубического габитуса, имеющими один определенный размер и со смесями фотоэмульсий в разных пропорциях (1:1, 1:2, 2:1), содержащими МК близких и заметно различающихся размеров.

Полученные данные подтверждают, что для однородных эмульсий с увеличением размеров МК от 0.15 до 0.9 мкм, ионная проводимость падает примерно на порядок величины, а энергия активации возрастает. Характеристики спектров ДП, такие, как полуширина, высота максимума, разброс по временам релаксации для смесей отличаются от характеристик исходных, однородных по размеру МК. Наибольшие отличия характерны для смесей, размеры МК в которых наиболее различимы (0,15 и 0,9 мкм). Изменения в спектрах ДП и их характеристик зависит от соотношения компонентов в смеси. Полученные данные показывают, что для смесей с МК, размеры которых заметно отличаются, положение максимума ДП соответствует значению, близкому для фотоэмульсии содержащей МК больших размеров, причем в зависимости от пропорций компонент смеси наблюдается незначительное его изменение. Из температурной зависимости Lg(Fmax) ДП была определена энергия активации проводимости, величина которой также зависит от пропорции компонентов в смеси.

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук., проф. Л.В. Колесников

Моделирование направленной световой волны методом распространяющегося пучка

С.Г. Бондаренко

Кубанский государственный университет

Метод распространяющегося пучка – объединенное наименование методик решения в общем случае векторного волнового уравнения с определенными граничными и начальными условиями, учитывающими специфику оптических волноводов и позволяющих рассчитать амлитудно-фазовые характеристики направленных оптических волн.

Для планарных волноводов определяющие уравнения упрощаются, и для ТЕ-поляризации задача сводится к решению уравнения Гельмгольца. Помимо исключения из рассмотрения одного из пространственных измерений никакие ограничения на топологию волноводной структуры, распределение показателя преломления и предполагаемый вид поля не вводятся.

Можно ввести ограничение на характер изменения показателя преломления волновода вдоль оси, предположив малость ее изменения по сравнению с изменением фазы оптической волны. При этом введение параксиального приближения позволяет свести задачу к решению уравнения Френеля, тем самым понизив порядок производной по одной из координат.

Оба уравнения были решены. Для уравнения Гельмгольца использовался метод прямых, сводящий задачу к решению системы обыкновенных диффренциальных уравнений. Уравнение Френеля решалось стандартным методом конечных разностей с использованием неявной схемы Крэнка-Николсона. В качестве модельных задач рассматривались типовые задачи эволюции волн в интегрально-оптических схемах. В целом результаты решения хорошо согласуются с физически предсказуемой картиной эволюции формы поля.

Таким образом, с помощью метода распространяющегося пучка были рассчитаны параметры световых направленных волн в оптических волноводах

общего вида.

Научный руководитель - ст. преп. М.М. Векшин

Сложенные акустические фононы в сверхрешетке (GaSb)4(AlSb)4

Е. А. Боровая

Кемеровский государственный университет

В последние годы проявляется значительный интерес к экспериментальному и теоретическому исследованию полупроводниковых сверхрешеток, образованных периодическим повторением слоев из кристаллических материалов типа А3В5. Перспективы применения таких искусственных материалов связаны с возможностями их использования для создания новых приборов микроэлектроники.

Особый интерес представляют гетероструктуры, состоящие из материалов с различающимися постоянными решетки более, чем на 0.5%, так называемые напряженные.

Для количественной оценки фононного спектра сверхрешеток используются различные модели. Одной из моделей, позволяющей рассчитать дисперсионные кривые для продольных сложенных фононов является модель Рытова (или модель упругого континуума). В этом приближении каждый слой рассматривается как упругий континуум, характеризующийся плотностью r и скоростью звука v.

В модели упругого континуума проведена оценка расщепления мод вблизи центра зоны Бриллюэна . Наши результаты вместе с экспериментом [1] и расчётами в модели Китинга [2] приведены в таблице:

Порядок сложенных

Фононов

Эксперимент

w,см-1

Модель Китинга

w,см-1

Модель упругого. Континуума

w,см-1

-1

+1

50

55

53

58

49

54

-2

+2

98

102

103

107

100

105

-3

+3

137

137

141

144

152

157

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Sood A.K.. Raman scattering from phonons in GaAs-AlGaAS and GaSb-AlSb superlattices// Raman spectroscopy: Sixty Years On. Vibrational Spectra and structure. Vol. 17A. P. 295-322, (1989)

Е.Н. Прыкина, Ю.И. Полыгалов, А.В. Копытов Решеточная динамика напряженных (001) сверхрешеток (GaSb)n(AlSb)n. Известия вузов. Физика. В печати

Научный руководитель - доц., канд. физ.-мат. наук. А. В. Копытов.

ВЛИЯНИЕ РЕКОНСТРУКЦИИ (100) ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ НА ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН В ПРОЦЕССЕ Smart Cut.

П. А. Божко

Новосибирский государственный университет.

В последние годы проявляется существенный интерес к созданию и исследованию нанообъектов. Физические процессы в объектах, размеры которых приближаются к размерам атомов, существенно изменяются. Поэтому прилагаются большие усилия для создания и совершенствования управляемой технологии их создания. Примером такой технологии является технология отслаивания кремниевых слоев (Smart Cut). При этом технология позволяет управляемо получать объекты с заданными размерами.

Она состоит в следующем: при прогреве кремния насыщенного водородом происходит сначала разрыв Si-H связей, а затем атомы водорода собираются в молекулы и при дальнейшем прогреве количество молекулярного водорода увеличивается и давление водорода в поре растет, а при достижении некоторого критического значения происходит отслаивание слоя кремния от подложки. Рассмотренный выше процесс так же может происходить и внутри образца с образованием микрочешуек кремния, которые люминесцируют в видимом диапазоне.

В этой работе с использованием моделирования наночешуек проведены оценки и энергетических параметров формирования трещин в кремнии. Отличие данной работы заключается в том, что в модели учитывается реконструкция образующейся поверхности.

Основной особенностью в моделировании являлось то, что сначала устанавливались связи между атомами (число связей соответствует валентности кремния c sp3 гибридизацией), а затем производилась релаксация системы. Этот подход соответствует химическому подходу в моделировании твердых тел.

В результате получены значения поверхностной энергии для реконструированной поверхности, энергия образования трещин, величина деформаций при отрыве пленки, а так же проведена оценка кривизны полученной после отслаивания поверхности.

Научный руководитель – канд. физ. - мат. наук Л. Н. Сафронов

БОРМАНОВСКИЙ КОНТРАСТ ИНТЕНСИВНОСТИ СТРУКТУРНЫХ ДЕФЕКТОВ В АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ

А.Н. Буйлов, А.О. Окунев, В.Г. Анисимов

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Методом рентгеновской топографии на основе эффекта Бормана исследовался малодислокационный полуизолирующий GaAs, легированный индием. Слиток Æ 40 мм выращеный по методу Чохральского в направлении [001], имел удельное сопротивление r =2,1.10-8ом.см, плотность дислокаций NД=1.103см-2. Образцы вырезались из начальной части слитка по плоскостям (001). После шлифовки, полировки и травления толщина образцов была 280 мкм. Съемка проводилась в отражениях {220}, {400} в CuKa излучении как в широком пучке, так и с применением сканирования. В кристаллах с осью роста [001] в основном генерируются дислокации краевого типа с осью [001]. При прохождении рентгеновского пучка вдоль оси этих дислокаций на фотопластинке фиксируются многолепестковые розетки, сформированные полями деформаций вокруг этих дислокаций. Включения второй фазы, когерентные по отношению к матрице кристалла, регистрируются в виде розеток интенсивности с одинарным, двойным или тройным контрастом в зависимости от знака деформации матрицы и глубины залегания включений в кристалле.

Экспериментальные розетки интенсивности от дислокаций и включений сравнивались с расчетными розетками, полученными по формулам Инденбома-Чамрова-Данильчука. Выявлено преобладание в центральной части образцов дислокаций с` b=a<100> краевого и винтового типов по сравнению с дислокациями с` b=1/2a<110>, расположенными на расстоянии 3¸ 5 мм от края пластин. Когерентные включения обоих типов наблюдались в основном в бездислокационных областях. Наблюдались скопления (размерами до 700 мкм) включений по типу "внедрений". Скопления, как и фиксируемая периодическая неоднородность структуры материала, связаны, по-видимому, с выделением легирующей примеси. Упорядоченное расположение дислокаций с` b=a<100> в виде вертикальных рядов указывает на явление полигонизации и высокотемпературный характер образования дислокаций. Для дислокаций определены мощности, плоскости скольжения, направления и знаки векторов Бюргерса, для включений - знак деформации и примерная глубина залегания в кристалле.

Научный руководитель - д-р. физ.-мат. наук. Л.Н. Данильчук

ВОЛНОВОДНЫЙ НЕВЗАИМНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Р.Ю. Чагров

Кубанский государственный университет

Оптические невзаимные элементы — это элементы оптических схем, обеспечивающие пропускание света от входа элемента к выходу почти без потерь, но не пропускающие свет в обратном направлении.

На практике был изготовлен интегрально-оптический невзаимный элемент. Принцип его работы основан на явлении деления мощности оптического излучения в волноводных структурах типа последовательно соединенных несимметричных Y-образных ответвителей.

Волноводная структура в подложке формировалась методом обмена ионов Na+ стекла на ионы K+ из расплава соли KNO3. Образец с маскирующим слоем, в котором был создан рисунок требуемого интегрально-оптического невзаимного элемента, помещался в расплав соли при температуре 350 ° С и выдерживался там в течении 2 часов.

Модовая структура была проанализирована методом призмы. По глубине волновод получился одномодовым, а по ширине — многомодовым.

Невзаимный элемент изготавливался в нескольких вариантах, отличающихся друг от друга геометрическими и оптическими параметрами. В докладе приводятся экспериментальные данные для каждого из полученных образцов. Дается обобщение результатов исследования изготовленных невзаимных элементов.

Научный руководитель - доц. В.А. Никитин

 

 

 

 

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ В УЗКОЗОННЫХ

ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ КРТ

М.Ф. Филатов

Томский государственный университет

В последние годы активно исследуются узкозонные твердые растворы теллурида кадмия ртути (КРТ),что связано с большими возможностями использования их в создании высокочувствительных приемников ИК диапазона.

В работе проведен обзор исследований профилей пространственного распределения дефектов при имплантации ионов в КРТ для различных условий внедрения: доза облучения, тип и энергия ионов, плотность тока ионов, скорость набора дозы. Рассмотрены возможные модели поведения электрически активных радиационных дефектов с учетом генерации комплексов дефектов вакансионной природы. Описаны экспериментальные результаты по определению профиля распределения дефектов при внедрении ионов водорода и аргона при малых постоянных плотностях тока ионов, а также при внедрении ионов меди, вольфрама и алюминия при импульсном воздействии с высокой плотностью тока ионов. В представленных экспериментах профили распределения внедренных ионов, вакансионных и протяженных дефектов, а также электрически активных дефектов получены методами вторичной ионной масс-спектрометрии, электрон-позитронной аннигиляции, резерфордовского обратного рассеяния ионов и дифференциальных Холловских измерений. Проанализированы особенности профилей рассматриваемых дефектов при различных условиях внедрения ионов.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук А.П. Коханенко.

Фотоэлектрические и электрофизические характеристики высокоомных слоев GaAs, формируемых диффузией хрома

А.И. Госсен

Томский государственный университет

GaAs структуры, формируемые диффузией хрома в n-GaAs, или эпитаксиальным способом, при освещении высокоомного слоя обнаруживают высокую чувствительность в видимой области спектра, а в УФ–диапазоне она превосходит характеристики имеющихся аналогов.

В настоящем докладе представлены результаты исследований люкс–амперных характеристик (ЛАХ) диодных структур и электрофизических характеристик высокоомных слоёв. Показано, что ЛАХ структур могут быть описаны соотношением I ~ Fn, где I – фототок, F – интенсивность освещения. Показатель ЛАХ n принимает значения в интервале 0,5 < n < 1, то есть ЛАХ существенно сублинейны. Наблюдаются ЛАХ, состоящие из двух сублинейных участков. При этом смена величины n при переходе от одного участка к другому нерегулярна: наблюдаются изменения от nI > nII до nI < nII. Не обнаружено существенных отличий ЛАХ при измерениях в вентильном и фотодиодном режимах. Высказано предположение, что такое поведение показателя n связано с наличием в запрещенной зоне высокоомного GaAs глубоких уровней, как существовавших до формирования структуры, так и возникших в процессе формирования.

Исследованы электрофизические характеристики высокоомных слоев, сформированных диффузией хрома в GaAs в условиях, обеспечивающих предельную растворимость хрома. Показано, что в результате диффузии возникают слои, имеющие как электронный, так и дырочный тип проводимости. Проведены оценки характеристик высокоомных слоев и показано, что дырочный тип проводимости может быть следствием введенных в процессе диффузии хрома больших количеств концентраций мелких акцепторов. Сделан вывод о необходимости контроля примесного состава GaAs до диффузии хрома, с целью формирования высокоомных фоточувствительных структур с линейной (или близкой к ней) ЛАХ.

Научные руководители - д-р. физ-мат. наук, доц. С.С. Хлудков, канд. физ.-мат. наук Д.Л. Будницкий

ВЛИЯНИЕ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ГАЗОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЕМНИЕВЫХ МДП- ДИОДОВ

В.Ю. Грицык, А.А. Романов

Томский государственный университет

Представлены результаты исследований влияния восстановительных газов на электрические характеристики туннельных МДП-диодов.

Эксперимент проводился на структурах, полученных термическим испарением Pd на эпитаксиальные слои n-Si с = 5, 13 и 80 Ом.см. Тыловой электрод изготовляли напылением Al с последующим вжиганием. Исследовалось влияние H2, CO и CH4 на вольтамперные (ВАХ), вольтфарадные (ВФХ) и вольтсименсные (ВСХ) характеристики.

В газовой смеси водород/воздух наблюдается увеличение прямых и обратных токов, емкости (С) и активной проводимости (G) для структур на основеn-Si. Величина отклика зависит от полярности, значения напряжения на образце и концентрации газа. Максимальный отклик на воздействие H2 получен при прямых смещениях U =0.1-0.2В..

Адсорбция CO и СH4 при t=200C незначительно изменяет прямой и обратный токи. Повышение температуры до 1000 C не приводит к заметному увеличению отклика. Существенно больший эффект получен при измерении емкости и проводимости. В отличие от H2 при воздействии CO и метана ВФХ и ВСХ диодов смещаются в область более высоких положительных напряжений, что соответствует снижению С и G.

Полученные результаты можно объяснить на основе следующей модели. Молекулы H2,.адсорбировавшиеся на Pd электроде, вследствие его каталитической активности, диссоциируют на атомарный водород (Hа), который диффундирует к границе Pd-Si. На этой границе образуется дипольный слой, приводящий к уменьшению работы выхода электронов из Pd, что обуславливает снижение изгиба зон на поверхности Si. Часть атомов Hа диффундирует к границе SiO2-Si и хемосорбируется. Электрон с атома Hа уходит в зону проводимости Si, а на поверхности остается протон. Этот эффект вызывает дополнительное снижение изгиба зон, что определяет увеличение токов, емкости и проводимости в атмосфере H2

Для СО характерна недиссоциативная адсорбция в мостиковой или линейной формах. При мостиковой форме адсорбции CO увеличивается работа выхода электронов из Pd, возрастает отрицательный изгиб зон на поверхности n-Si, что объясняет снижение C и G при воздействии CO.

В газовой смеси метан/воздух отрицательный знак отклика (снижение C и G) МДП- диодов аналогичен действию СО, хотя в количественном отношении эффект значительно меньше. Возможно, что при адсорбции метана на Pd протекает реакция разложения CH4 c выделением СО, что определяет отклик исследованных структур на метан.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук., ст. науч. сотр., В.М. Калыгина

 

РАДИАЦИОННОЕ ДЕФЕКТООБРАЗОВАНИЕ В КРТ ПРИ ВЫСОКОИНТЕНСИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ.

Д.В. Григорьев

Томский государственный университет

Одним из перспективных методов управления параметрами полупроводниковых материалов является легирование высокоинтенсивными ионными пучками. Однако применительно к узкозонным растворам теллурида кадмия ртути (КРТ) легирование высокоинтенсивными ионными пучками не исследовано.

В данной работе проводилось исследование образцов КРТ (x=0.2-0.3), облученных ионами Al интегральными дозами 1012-5´ 1014 см-2. Облучение проводилось в импульсном режиме (t=150 нс) при ускоряющем напряжении U=150 кэВ, плотность тока ионов составляла j=5 А/см2. Ионный пучок состоял из одно-, двух- и трехзарядных ионов Al при количественном соотношении 20%, 50% и 30% соответственно. Характеристики радиационных дефектов после ионной имплантации определялись из электрофизических измерений. Дозовая зависимость слоевой концентрации nS показывает, что облучение КРТ приводит к образованию нарушенного слоя с донорным типом проводимости , причем при дозах более 1013 см-2 происходит насыщение nS. В то же время подвижность носителей заряда падает. Это может свидетельствовать о том, что, хотя концентрация электрически активных дефектов выходит на насыщение, концентрация центров рассеяния носителей заряда с ростом дозы облучения возрастает.

Определение профилей концентрации радиационных дефектов проводилось методом дифференциальных холловских измерений. В результате этих измерений показано, что объемная концентрация электрически активных дефектов в максимуме распределения с ростом дозы облучения возрастает до 2´ 1018см-3. Особенностью высокоинтенсивного легирования является то, что профили распределения располагаются в области среднего проекционного пробега ионов Al, тогда как при классической ионной имплантации (при плотности тока-несколько мкА/см2) профили распределения лежат глубже Rp имплантированных ионов.

На основании полученных экспериментальных данных сделано предположение о частичном самоотжиге радиационных дефектов в процессе имплантации высокоинтенсивными ионными пучками.

Научный руководитель - канд. физ-мат. наук. А.Г. Коротаев

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР КРТ

В.Б. Иволгин

Томский государственный университет

Все более широкое применение в различных областях современной науки находят различные по структуре и сложности фотоэлектрические приемники, чувствительные в диапазоне 1-20 мкм. К наиболее широко используемым полупроводниковым материалом для ИК фотоприемников является полупроводниковый твердый раствор теллурида кадмия ртути (КРТ). В последнее время к самым перспективным методам выращивания эпитаксиальных структур КРТ относится метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). О высоком качестве эпитаксиальных слоев свидетельствует их успешное применение при изготовлении приборов оптоэлектроники. Одним из основных параметров для получения высокочувствительных фотоприемников является время жизни носителей заряда в области рабочих температур фотоприемного устройства, которое и определяет, в конечном счете, его фотоэлектрические характеристики.

В работе проводится обзор результатов экспериментальных работ по измерению времени жизни в эпитаксиальных структурах КРТ, выращенных методом МЛЭ. Время жизни носителей заряда определялось методом кинетики фотопроводимости. Из анализа температурных зависимостей времени жизни определены основные механизмы рекомбинации, определяющие полученные фотоэлектрические параметры, делается вывод о перспективности метода МЛЭ для создания ИК фотоприемников.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук А.П. Коханенко

Механизм отслаивания плёнки кремния при двойной имплантации ионов Н+ и Не+

Д.В. Киланов

Новосибирский государственный университет

В настоящее время в литературе активно обсуждаются механизмы отслаивания тонкой кремниевой пленки при имплантации ионами Н+ и Не+. Отслаивание связано с развитием микрополостей при термообработках имплантированного кремния, что в свою очередь обусловлено накоплением внедренного газа и происходит с участием в той или иной форме радиационных дефектов.

Известно, что водород активно взаимодействует с решеткой кремния и располагается на Si-Si связи. поэтому сформировавшиеся в результате имплантации и последующего отжига микрополости имеют вид микротрещин. Имплантация ионов Не+, но в более высоких дозах, также может приводить к отслаиванию тонкой кремниевой пленки. Отличительной особенностью ионов гелия является то, что они слабо взаимодействуют с атомами кремния. Получающиеся в результате микрополости имеют форму пузырей. При совместной имплантации ионами Н+ и Не+ на одну глубину наблюдается влияние ионов Не+ на процесс отщепления тонкой кремниевой пленки, сильно зависящее от последовательности имплантаций [1].

В работе исследовалось влияние ионов Не+ на процессы отслаивания тонкой кремниевой пленки в случае различных длин проективных пробегов ионов гелия и водорода. Образцы кремния облучались ионами Н2+ с энергией 135 кэВ в интервале доз 1.5х1016см-2 – 3*1016см-2, и ионами Не+ с энергией 130 кэВ в интервале доз 1016см-2 3.2*1016см-2. проективные пробеги ионов водорода (RpH) составляли 0.42 мкм, и гелия (Rp) 0.52 мкм. Температурные обработки проводились в интервале температур 400-6000С.

Термообработки в интервале 400-6000С, как и в случае облучения ионами Н+, так и в случае облучения ионами Не+, приводят к образованию структурных дефектов поверхности (куполов), что обычно рассматривается как начальная стадия отслоения. Увеличение дозы ионов Не+ приводит к уменьшению времени образования таких структурных дефектов, что соответствует ускорению процесса развития микрополостей. Обнаружено также, что повышение дозы Не+ приводит к увеличению количества куполов на поверхности кремния, по видимому за счет увеличения количества зародышей микрополостей. Установлено, что отслаивание тонкой кремниевой пленки происходит на глубине, соответствующей проективному пробегу ионов водорода. Увеличение дозы. Не в использованном интервале доз не приводило к отслоению на глубинах равных Rp. Поверхность тонкой кремниевой пленки, переклеенной на подложку для образцов подвергнутых двойному облучению, оказалась более неровной, чем поверхность в образцах, облученных только ионами водорода. Полученные результаты позволяют говорить о накоплении атомов гелия в микротрещинах наравне с атомами водорода, в результате чего и происходит ускорение процесса отщепления тонкой кремниевой пленки.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Agarwal Aditya,. Haynes T.E,. Venezia V.C and. Holland O.W, Applied Physics Letters. V 72. № 9. 1998. P. 1086-1088.

Научный руководитель - канд. физ-мат. наук И.В. Антонова.

Влияние Ансамбля Вакансий На Элементарные Структурные Процессы На Поверхности Si(111)

С.С. Косолобов

Новосибирский государственный университет

Одной из проблем современной физики конденсированного состояния является управление структурными и морфологическими перестройками на поверхности полупроводниковых кристаллов. Согласно современным теориям роста в процессах транспорта вещества на поверхности полупроводника принимают участие как адсорбированные атомы, так и поверхностные вакансии. Роль адсорбированных атомов в процессах структурных перестроек хорошо изучена при эпитаксии и сублимации. В то же время влияние поверхностных вакансий на процессы массопереноса на поверхности кремния изучено недостаточно. Целью данной работы является экспериментальное исследование методом сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии (СВВ-ОЭМ) структурных процессов на поверхности Si(111) в присутствии поверхностных вакансий.

Современные методы исследования поверхности позволяют проводить наблюдения на уровне одного монослоя. В данной работе использовался метод СВВ-ОЭМ, позволяющий визуализировать поверхность кремния с разрешением, достаточным для наблюдения моноатомных ступеней. Особенности конструкции электронного микроскопа, используемого в методе СВВ-ОЭМ, были описаны ранее. Образование вакансий на поверхности кремния происходило в результате термического травления кристалла кремния, инициированного химической реакцией кислорода с кремнием. Известно, что при взаимодействии чистой поверхности кремния с кислородом при высокой температуре образуется летучее соединение SiO, что приводит к десорбции атомов кремния. В результате этого образуются вакансии на поверхности. Следовательно, напуская различные порции газа в колонну микроскопа, можно регулировать концентрацию поверхностных вакансий и анализировать их роль в процессах изменения морфологии поверхности. Для проведения in situ экспериментов была разработана и смонтирована система контролируемого напуска газов в колонну электронного микроскопа.

Методом СВВ-ОЭМ было исследовано взаимодействие кислорода с поверхностью Si(111). Были проведены in situ эксперименты по изучению влияния поверхностных вакансий на процессы формирования систем эквидистантно расположенных ступеней, эшелонов и анти-эшелонов. Было обнаружено смещение моноатомных ступеней при напуске кислорода в колонну электронного микроскопа при температуре 9000C, что можно объяснить образованием, миграцией и взаимодействием поверхностных вакансий c моноатомной ступенью. При определенной температуре и концентрации кислорода наблюдались осцилляции зеркально отраженного пучка высокоэнергетичных электронов, что связано с образованием отрицательных островков сублимации, в процессе десорбции атомов кремния с поверхности. Полученные результаты обсуждаются в рамках современных теоретических представлений о миграции атомов и адатомов.

Научный руководитель - д-р. физ-мат. наук. А.В. Латышев

Моделирование кристаллизации твердых растворов А3В5 при МОЛЕКУЛЯРНО – ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ

Е.К. Круогла

Томский государственный университет

Широкое применение метода эпитаксиального осаждения твердых растворов соединений А3В5 из молекулярных пучков для получения современной элементной базы опто- и наноэлектроники вызывает необходимость создания корректного модельного описания кристаллизационного процесса таких материалов. При моделировании молекулярно – лучевого (МЛ) роста полупроводников, в силу специфики системы, особое внимание уделяется различным кинетическим процессам на поверхности пленки — явлениям адсорбции и десорбции частиц, их блуждания по поверхности и встраивания в слой [1]. В работе [2] предложена методика термодинамического описания МЛ эпитаксии четверного твердого раствора InGaAsP. Исходя из термодинамического представления, авторами установлена взаимосвязь между потоками ростовых компонентов к поверхности и составом кристаллизующегося твердого раствора.

В данном сообщении рассматривается реализация предложенной в [2] методики для описания различных вариантов МЛ эпитаксии твердых растворов А3В5. Проводится анализ результатов, получаемых в рамках такой модели.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Джойс Б.А. Роль кинетики и структуры поверхности в МЛЭ// в кн. МЛЭ и гетероструктуры: –М.: Мир, 1989. с.582.

2. Егоров А.Ю., Ковш А.Р., Жуков А.Е., Устинов В.М., Копьев П.С. // Физика и техника полупроводников. Т. 31, 1997. С.1153-1157.

Научный руководитель - аспирант ТГУ С.В Субач, д-р. физ.-мат. наук И.В. Ивонин

ЭЛЕКТРО-ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТРУКТУР МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-ПОЛУПРОВОДНИК- ДИЭЛЕКТРИК- МЕТАЛЛ

Н.А. Кракотец, Д.Г. Стовбур

Таганрогский государственный радиотехнический университет

В настоящей работе исследуются особенности вольт-фарадных (C-V) и вольт-амперных (I-V) характеристик планарных структур металл-диэлектрик-полупроводник-диэлектрик-металл (МДПДМ). Выполнен расчет теоретической C-V-характеристики, представляющей для идеальной МДПДМ-структуры симметричную относительно вертикальной оси колоколообразную зависимость. Максимальное значение емкости при U=0 определяется величинами геометрических емкостей двух последовательно включенных МДП-структур, а минимальные значения- величиной емкости МДП-сруктуры в режиме сильной инверсии. Для проведения экспериментальных исследований МДПДМ-структуры формировались на кремнии марки КЭФ-4,5 путем термического окисления в комбинированной среде и последующего напыления алюминиевых электродов. Толщина окисла составила 0,3мкм, а площадь электрода -1мм2 . C-V-характеристики измерялись с помощью автоматического моста Е7-12 на частоте 1,0 МГц при различных величинах освещения, расстояния между полевыми электродами, а также плотности дислокаций в исходных пластинах кремния. I-V-характеристики измерялись электрометром В7-30. Установлена степень влияния указанных факторов на вольт-фарадные и вольт-амперные характеристики МДПДМ-структур.

На основании сравнения теоретических и экспериментальных характеристик МДПДМ-структур предложена методика контроля, позволяющая определить толщину диэлектрика, концентрацию примеси в полупроводнике, величины плотности поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик-полупроводник и дислокаций в полупроводнике.

Результаты работы могут быть использованы в научной и производственной практике для оперативного контроля технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Научный руководитель - д-р.техн. наук, проф. А.Г. Захаров

 

 

Численное моделирование процесса массопереноса при двухтемпературном синтезе ZnGeP2

И.Н. Лебедев

Томский государственный университет

ZnGeP2 - полупроводник со структурой халькопирита обладает одним из наиболее высоких коэффициентов нелинейно-оптического качества и является материалом для высокоэффективного параметрического преобразования частоты лазерного излучения в среднем ИК-диапазоне.

Особенностью этого материала является присутствие в нем двух легко летучих компонент Zn и P, легко образующих устойчивые бинарные соединения. Это затрудняет применение двухтемпературного синтеза ZnGeP2 (фосфор как наиболее летучий компонент помещают в холодную зону, Zn и Ge - в горячую): при некорректном выборе температурно-временных условий процесса происходит диффузия Zn и осаждение бинарных фосфидов вне зоны образования тройного соединения.

В данной работе проводится моделирование массопереноса Zn и P при двухтемпературном синтезе ZnGeP2. Методом конечных разностей решается система одномерных нестационарных гидродинамических уравнений: уравнение Эйлера (закон сохранения импульса), уравнение непрерывности и уравнение диффузии. Граничные условия для решения системы были определены из экспериментальных данных: из зависимости от времени массы фосфора в расплаве определялось граничное условие второго рода для уравнений непрерывности и Эйлера. Для уравнения диффузии граничное условие первого рода определялось из закона Рауля, в предположении, что состав расплава представляет собой смесь Zn, Ge и ZnGeP2, доля которых меняется со временем в соответствии с изменением доли фосфора в этой смеси.

В результате решения этой системы найдено осевое распределение концентрации цинка, как функции времени. Анализируя зависимости решений системы от температурно-временных параметров, а также загрузки материала дана рекомендация по оптимизации технологических режимов синтеза ZnGeP2.

Научный руководитель - науч. сотр Г.А. Верозубова

 

Исследование распределения напряженности электрического поля в детекторных p -n -n структурах на основе GaAs компенсированного Cr

О.В. Лилик, Л.С. Окаевич

Томский государственный университет

Для проведения исследований в области физики высоких энергий необходимы радиационно-стойкие и быстродействующие детекторы. В этом плане перспективными являются структуры на основе GaAs, компенсированного Cr, с толщиной высокоомного слоя более 300 мкм. Технологический процесс создания обуславливает неоднородное распределение примеси с глубокими уровнями и, как следствие, структура содержит высокоомные слои p - и n - типа.

В данной работе были исследованы распределения напряженности электрического поля в высокоомном слое и амплитудные спектры при воздействии b -излучения от источника Sr90 на p-p -n -n и n-p -n -n структуры.

Распределения напряженности электрического поля в структуре были получены из распределений потенциала по сколу данной структуры, которые затем аппроксимировались и дифференцировались с помощью стандартных программ ЭВМ. Исследования распределения напряженности электрического поля в высокоомных детекторных структурах, полученных введением Cr в GaAs, показали, что:

-электрическое поле в структуре распределяется неоднородно, с характерным максимумом вблизи границы высокоомный слой-подложка;

-тип контактного слоя практически не влияет на распределение напряженности электрического поля.

Исследование амплитудных спектров при воздействии b -излучения показало, что экспериментальные значения величин регистрируемого заряда, полученные из анализа амплитудных спектров, меньше теоретических значений, рассчитанных по формуле: Q=N*dE, где N~140пар/мкм - число электронно-дырочных пар, генерируемых при прохождении одной b -частицы на единице пути; dE- толщина области, рассчитанная по уровню Е=1кВ/см, что соответствует максимальной дрейфовой скорости Vдр(Е=1 кВ/см)~107см/с.

Установлено, что расхождение связано с неполным сбором заряда, вследствие захвата дырок на отрицательно заряженные глубокие центры Cr. Время захвата дырок t р, оцененное по формуле: t р=1/s р*Vp*NCr , где s р-сечение захвата на притягивающий центр; Vp-средняя тепловая скорость дырок, Ncr-концентрация отрицательно заряженных глубоких центров, составляет~1010c, что значительно меньше времени дрейфа дырок через высокоомный слой( tдр~10-8 с). Таким образом, в сборе заряда основную роль играет электронная составляющая.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук О.П. Толбанов

Понижение температуры сверхструктурного фазового перехода (2x4)® (4x2) на поверхности GaAs(100) при адсорбции Cs.

Литвинов Александр Николаевич

Новосибирский государственный университет

Ga-стабилизированная поверхность GaAs(100) широко используется для изготовления большого числа электронных приборов. Традиционно Ga-стабилизированная поверхность изготавливается обеднением поверхности GaAs(100) мышьяком путем прогрева в вакууме при T=550-600°C. К сожалению, вместе с обеднением поверхности As при такой температуре прогрева в приповерхностной области генерируются точечные дефекты: вакансии и дефекты замещения. В связи с этим актуальной является задача низкотемпературного приготовления Ga-стабилизированной поверхности GaAs(100). Известно, что адсорбцией чужеродных атомов на поверхность бинарных соединений можно ослабить связь между атомами подложки и тем самым снизить температуру десорбции более летучего компонента.

Целью данной работы являлось исследование возможности снижения температуры сверхструктурного фазового перехода от As-стабилизированной к Ga-стабилизированной поверхности путем адсорбции на исходную поверхность атомов Cs, а также изучение электронных свойств поверхности GaAs(100) методами ДМЭ, СХПЭЭВР, РФЭС. Показано, что адсорбция 0.5 ML атомов Cs на As-стабилизированную поверхность GaAs(100)-(2x4)/c(2x8) и последующий прогрев в вакууме приводит к сверхструктурному переходу (2x4)/c(2x8)(8x1)(4x2)/c(8x2). Таким образом, температура сверхструктурного перехода (2x4)/c(2x8)® (4x2)/c(8x2) снижена на 100°C по сравнению с температурой аналогичного перехода на атомарно-чистой поверхности GaAs(100) без нанесения Cs. Установлено, также, что при адсорбции 0.5 ML атомов Cs на Ga-стабилизированную поверхность GaAs(100)-(4x2)/c(8x2) сверхструктура сохраняется.

Научные руководители - д-р физ.-мат. наук, проф. А.С. Терехов, мл. науч. сотр. О.Е. Терещенко

Релаксация заряда в неоднородной среде в условиях квантового эффекта Холла

К.Б. Михайленко

Бурятский государственный университет

При изучении многих физических проблем электродинамики сплошных сред возникают задачи определения средних характеристик пространственно неоднородных сред. Такие задачи в преобладающем большинстве не имеют точных решений вследствие сложной структуры реальных материалов. Для обоснования методов вычисления эффективных параметров важное значение имеют точно решаемые модели. Одними из них являются системы с двоякопериодическим распределением составных элементов [1], [2].

В работе [3] было показано, что при включенном внешнем магнитном поле в неоднородной холловской среде с металлическими включениями ток обтекает включения, даже если они имеют идеальную электропроводность.

Чтобы понять природу данного явления рассмотрена следующая задача. В сплошной среде с электропроводностью и параметром Холла содержатся включения круглой формы радиуса "а" с характеристиками и . Внешние магнитное поле перпендикулярно плоскости протекания тока. Предполагается, что радиусы включений малы по сравнению с расстояниями между ними, поэтому взаимное влияние включений друг на друга не учитывается.

При рассмотрении статической задачи было показано, что в неоднородной среде с диагональными элементами, тензора электропроводности, отличными от нуля, электрическое поле внутри включения, оставаясь однородным, будет повернуто относительно внешнего поля на угол :

.

В настоящем сообщении также будет рассмотрена релаксация заряда в данной модели в двух предельных случаях. Первый, без влияния внешнего магнитного поля. Второй, в условиях квантового эффекта Холла, когда диагональные элементы тензора электропроводности равны нулю.

Релаксация заряда имеет не максвелловский вид, это связано с пространственной неоднородностью среды.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Емец Ю.П Электрические характеристики композиционных материалов с регулярной структурой. Киев, 1986.

2. Дыхне А.М., ЖЭТФ, 59, 110 (1970).

3. Arkhincheev V.E. and. Batiyev E.G., Solid State Communications, 71,1059 (1989).

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук. В.Е. Архинчеев.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКИХ ЛЕГИРОВАННЫХ МЕДЬЮ ПРОТОНЗАМЕЩЕННЫХ ВОЛНОВОДОВ НА ОСНОВЕ КРИСТАЛЛА

С.С. Николаев

Кемеровский государственный университет

В последние годы возник устойчивый интерес к фоторефрактивным волноводам, так как они могут быть использованы как интегрально-оптические переключатели, датчики и ячейки памяти. Обнаруженное недавно влияние ионного обмена в медьсодержащих расплавах на оптические свойства танталата лития дает принципиальную возможность для значительного улучшения параметров волноводов формируемых на этих кристаллах. Изучение этого влияния и было основной целью данной работы.

Были изучены волноводы изготовленные на образцах z-среза танталата лития легированные ионами меди и отожженные при температуре в течение 1- 4 часов.

Использование данных об эффективных показателях преломления направляемых мод, полученных методом темных линий, позволило определить профиль показателя преломления в исследованных образцах. Для этого была написана программа реализации ВКБ-метода в соответствии с алгоритмом предложенным П. Хертелем [1].

Путем сравнения профилей показателя преломления различных образцов были установлены зависимости различных параметров волноводов от содержания меди и длительности отжига. Использование этих зависимостей позволяет плавно изменять оптические свойства волноводных слоев, а также определять оптимальные условия отжига волноводов при их изготовлении.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Hertel P., Menzler H.P. Improved Inverse WKB Procedure to Reconstruct Refractive Index Profiles of Dielectric Planar Waveguides// Appl. Phys. B 44. Р.. 75-80, 1987.

Научный руководитель - канд. физ. - мат. наук С.М. Кострицкий

БОРМАНОВСКИЙ КОНТРАСТ ИНТЕНСИВНОСТИ ОТ ВКЛЮЧЕНИЙ ВТОРОЙ ФАЗЫ В МОНОКРИСТАЛЛАХ 6H-SIC

А.О. Окунев, А.Н. Буйлов, В.Г. Анисимов

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

При исследовании рентгенотопографическим методом на основе эффекта Бормана кристаллов 6H-SiC (плотность дислокаций Nд< 103 см -2 ), выращенных по методу Лели, на топограммах выявлены розетки интенсивности недислокационной природы. Розетки состояли из двух лепестков, вытянутых вдоль дифракционного вектора g, и среди них имелись розетки как с положительным (черным) контрастом со стороны конца вектора g, так и с отрицательным (белым). Кроме того, фиксировались розетки тройного (положительно-отрицательно-положительного) контраста и изображения в виде пятен одинарного (положительного или отрицательного) контраста Особенности контраста позволили предположить, что данные изображения формируются когерентными включениями второй фазы.

Для интерпретации наблюдаемых изображений проведено комьпютерное моделирование контраста интенсивности от когерентных включений. Контраст интенсивности определялся из уравнений Инденбома-Чамрова-Данильчука по формулам:

3e r03y2 e r03 3e r03yz

d = { L g ( ¾ ¾ ¾ - ¾ ¾ ) tgJ ± L gy ¾ ¾ ¾ } x

R5 R3 R5

3e r03y2 e r03 3e r03yz

x { 1 + [ L g ( ¾ ¾ ¾ - ¾ ¾ ) tgJ ± L gy ¾ ¾ ¾ ] 2}-1/2 -

R5 R3 R5

- { L ge tgJ } { 1 + [ L ge tgJ ] 2} -1/2

где L - длина экстинкции, J -угол Брегга, r0- радиус включения, R2 = x2 + y2 +z2 , e - параметр, характеризующий упругую деформацию включения.

Моделирование показало, что наблюдаемый контраст создается включениями как типа вакансий, так и типа внедрений, расположенными на различных расстояниях от поверхности выхода рентгеновских лучей.

Таким образом, впервые для 6H-SiC выявлен и исследован бормановский контраст от когерентных включений, и составлен атлас изображений этих дефектов при различных условиях дифракции.

Научный руководитель - д-р. физ. -мат. наук. Л.Н. Данильчук

Линейная поляризация фотолюминесцентного излучения в сверхрешетках GaAs/AlAs типа II с

-легированными слоями

Д.А. Петраков

Новосибирский государственный университет

Работа посвящена экспериментальному исследованию электронного устройства гетерограниц в сверхрешетках GaAs/AlAs (СР) типа II, выращенных на подложке GaAs ориентации (311)А. Изучалась фотолюминесценция (ФЛ) в СР с -легированными слоями, расположенными в центре слоев, вблизи прямой гетерограницы (AlAs на GaAs), либо вблизи обратной гетерограницы (GaAs на AlAs).

Ранее нами было показано, что в таких СР при температурах 30<Т<160 К в спектрах ФЛ доминирует линия, связанная с донорно-акцепторной рекомбинацией с участием доноров, расположенных в слоях AlAs, и акцепторов в слоях GaAs. Эта линия является линейно поляризованной, причем степень поляризации меняется по спектру: наибольшие ее значения наблюдаются на высокоэнергетичном крыле, а по мере продвижения в область низких энергий степень поляризации плавно спадает. Степень поляризации также меняется в зависимости от расположения -легированных слоев в СР, при этом максимальные ее значения наблюдались для СР, легированной вблизи обратной гетерограницы, а наименьшие- для СР, легированной вблизи прямой гетерограницы.

Экспериментальные результаты позволяют связать обнаруженную линейную поляризацию с гофрировкой обратной гетерограницы СР GaAs/AlAs, выращенной на подложке GaAs ориентации (311)А.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук. К. С. Журавлев

Расчет примесного состава адсорбционных слоёв

на поверхности (100) GaAs в системе

молекулярно-лучевой эпитаксии

И.Ю. Полтавец

Томский государственный университет

Поскольку молекулярно-лучевая эпитаксия осуществляется при низких температурах, большое влияние на рост и легирования слоя должна оказывать кинетика поверхностных процессов. В связи с этим при анализе экспериментальных данных часто необходимы сведения о составе адсорбционных слоев на поверхности роста. Такие данные можно получить с помощью теоретических расчетов и оценок.

В данной работе был проведён расчет примесного состава адсорбционных слоев на поверхности (100)GaAs при молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs, легированного кремнием. Расчёт проводился в рамках кристаллохимического подхода по методу [1] в предположении двухцентровой адсорбции примесных атомов и молекул. Адсорбция компонентов на поверхности рассматривалась как равновесный процесс. Следуя модели Лэнгмюра, степень покрытия поверхности компонентом i можно записать через его парциальное давление в газовой фазе Pi:

ΘivKiadPi,

где Kiad- константа равновесия адсорбции, Θv- относительная поверхностная концентрация свободных мест. Расчет Kiad проводился с учетом энергии связи адсорбированной молекулы с поверхностью, энергии электростатического взаимодействия с собственным изображением, энергии латерального взаимодействия молекулы с соседями в адсорбционном слое, а также с учетом статистических особенностей газовых и адсорбированных молекул. При расчете Θv учитывали полученные ранее данные по составу адсорбционных слоев на поверхности GaAs в МЛЭ системе без примеси.

В широком диапазоне температур (100-600оС) и давлений примеси рассчитывались степени покрытия поверхности (100)GaAs атомами и двухатомными молекулами кремния. Показано, что относительное содержание в адслоях примеси в одноатомной и двухатомной форме зависит от условий эпитаксиального роста. При этом доля сложных молекул в составе адслоя возрастает с ростом давления примеси в системе и понижением температуры роста.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1.Chernov A.A., Rusaikin M.P. J.of Crystal Growth. 1978. V.45.Р.73-81.

Научный руководитель - д-р. физ.- мат. наук И.А. Бобровникова

 

 

 

 

Использование эмпирического метода сильной связи для описания сложных дефектных образований в GaAs

А.В. Помогаева

Томский государственный университет

В настоящее время большое внимание уделяется роли собственных дефектов GaAs в формировании свойств этого материала. Однако получение из первых принципов энергетического спектра GaAs с достаточно сложными кластерами, состоящими из собственных дефектов, является чрезвычайно сложной задачей. В связи с этим в работе исследуется возможность применения к данной проблеме полуэмпирического метода сильной связи в приближении взаимодействия между ближайшими соседями. В качестве диагональных элементов в матрице гамильтониана взяты энергии изолированных атомов, а недиагональные матричные элементы подбираются эмпирически. В расчетах используются значения матричных элементов полученные в работе [1].

Кристаллы с точечными дефектами замещения могут рассчитываться методом расширенной элементарной ячейки [2], где для сохранения трансляционной симметрии дефект считается встроенным в кристалл с некоторой периодичностью, причем период считается достаточным, чтобы считать дефекты невзаимодействующими.

В рамках этой модели рассчитываются спектры GaAs, который содержит кластеры из нескольких десятков атомов, образованные дефектами замещения и обладающие точечной симметрией кристалла. Наличие таких дефектов привносит в энергетический спектр ряд локальных уровней. В работе изучается степень локализации уровней в окрестности запрещенной зоны и анализируется симметрия соответствующих состояний.

Данный метод легко обобщается на случай более сложных дефектных образований, а также на случай больших порядков матрицы гамильтониана.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Vogl P Phys Chem Solids. Vol 44. N5. 1983, Р. 365-378

2. Эверестов Р.А. Квантовомеханические методы в теории твердого тела: Учеб. Пособие. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1982.

Научный руководитель – канд. физ.-мат.наук, доц. В. А. Чалдышев

 

Управление теплообменом в магнито-диэлектрическом коллоиде

А.А.Попов

Ставропольский государственный технический университет

 íàñòîÿùåå âðåìÿ èçó÷åíî âëèÿíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ íà òåïëîîáìåí â æèäêèõ äèýëåêòðèêàõ è âëèÿíèå ìàãíèòíîãî ïîëÿ íà òåïëîïåðåíîñ â ìàãíèòíûõ æèäêîñòÿõ. Òàê êàê ìàãíèòíûå êîëëîèäû èìåþò ÿðêî âûðàæåííûå ìàãíèòíûå è äèýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà, â ñîîòâåòñòâèè ñ ýòèì ñòàâèëàñü çàäà÷à èññëåäîâàíèÿ îäíîâðåìåííîãî âîçäåéñòâèÿ ìàãíèòíîé è ýëåêòðè÷åñêîé ïîëåé íà ïðîöåññ òåïëîîáìåíà.

 êà÷åñòâå òåïëîíîñèòåëÿ èñïîëüçîâàëñÿ ìàãíèòî-äèýëåêòðè÷åñêé êîëëîèä ñ äèñïåðñèîííîé ñðåäîé – êåðîñèí, äèñïåðñèîííîé ôàçîé – ìàãíåòèò (Fe3O4), ñòàáèëèçàòîðîì – îëåèíîâàÿ êèñëîòà. Äàííàÿ æèäêîñòü ïîìåùàëàñü âíóòðü âåðòèêàëüíî ðàñïîëîæåííîãî öèëèíäðè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà. Íàãðåâàòåëåì ñëóæèë âíóòðåííèé ýëåêòðîä – ìåäíûé ïðîâîä, ïî êîòîðîìó ïðîâîäèëñÿ ïîñòîÿííûé òîê.  êà÷åñòâå âíåøíåãî ýëåêòðîäà èñïîëüçîâàëñÿ ïðîâîäÿùèé öèëèíäð èç àëþìèíèÿ. Ïîñòîÿííîå ñèëüíî-íåîäíîðîäíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå Å ñîçäàâàëîñü îáêëàäêàìè öèëèíäðè÷åñêîãî êîíäåíñàòîðà. Îäíîðîäíîå ïîñòîÿííîå ìàãíèòíîå ïîëå Í ðàçëè÷íûõ îðèåíòàöèé ñîçäàâàëîñü ýëåêòðîìàãíèòîì.

Ïðîâåäåíà ñåðèÿ ýêñïåðèìåíòîâ ïðè êîíöåíòðàöèè ìàãíèòíîé æèäêîñòè Ñ=0,06¸ 13,48%, â ðàçëè÷íûõ óäåëüíûõ òåïëîâûõ ïîòîêàõ q=2,4¸ 470 êÂò/ì2, ïðè òåìïåðàòóðàõ íàãðåâàòåëÿ t=30¸ 130° C. Íàïðÿæ¸ííîñòü ìàãíèòíîãî ïîëÿ Í âàðüèðîâàëîñü îò 0 äî 3,7 êÀ/ì, òîãäà êàê íàïðÿæ¸ííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ Å íà ïîâåðõíîñòè íàãðåâàòåëÿ èçìåíÿëàñü îò 0 äî 330 ÌÂ/ì.

Ïî ïîëó÷åííûì ýêñïåðèìåíòàëüíûì çàâèñèìîñòÿì óñòàíîâëåíî, ÷òî ìàãíèòíîå ïîëå áåç ýëåêòðè÷åñêîãî ïîâûøàåò êîýôôèöèåíò òåïëîîòäà÷è a äî 6% (Ñ=0,3%), à ïðè áîëüøåé êîíöåíòðàöèè Ñ=13,48% ïîíèæàåò a äî 11%. Òàêæå ïîëó÷åíî, ÷òî ïðè Í=0 ðîñò íàïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ Å îò 0 äî 33 ÌÂ/ì óìåíüøàåò òåïëîîòäà÷ó a äî 36% (Ñ=3,2%), à ïðè Å>33 ÌÂ/ì óâåëè÷èâàåò òåïëîîòäà÷ó a äî 150%. Îäíîâðåìåííî ìàãíèòíîå ïîëå ñ ýëåêòðè÷åñêèì ïîíèæàþò a äî 45%(Ñ=4,8%; Í=2,5 êÀ/ì; Å=11 ÌÂ/ì).

Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëÿþò ãîâîðèòü î ðåàëüíîì óïðàâëåíèè òåïëîîáìåíîì â ìàãíèòî-äèýëåêòðè÷åñêîì êîëëîèäå ïîñðåäñòâîì ïîñòîÿííûõ ýëåêòðè÷åñêîãî è ìàãíèòíîãî ïîëåé, è î èñïîëüçîâàíèè åãî â êà÷åñòâå òåïëîèçîëÿöèîííîé ñðåäû â ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàøèíàõ àïïàðàòàõ.

Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü – êàíä.òåõí. íàóê Â.Ì. Êîæåâíèêîâ.

ДИНАМИКА НАПРЯЖЁННЫХ СВЕРХРЕШЁТОК ZnSe/ZnS

Е.Н. Прыкина

Кемеровский государственный университет

Проведен расчет фононного спектра (001) оси роста короткопериодичных напряженных сверхрешеток (СР) (ZnSe)n(ZnS)n (n = 1 - 5) в модели Китинга [1] с учетом дальнодействующих кулоновских сил. Влияние напряжения (рассогласование постоянных решёток ~ 4.5%) в слоях на динамику СР учитывалось геометрически (через пуассоновское смещение атомов напряжённого слоя в направлении оси роста).

Установлены сдвиги ZnS- подобных LO фононов СР по сравнению с LO модой объёмного ZnS. Как в случае обеих подложек (ZnS, ZnS), так и в случае “свободного положения” СР наблюдается низкочастотный сдвиг исследуемых мод, который, убывая с увеличением числа монослоёв, приближается к значению LO моды объёмного ZnS. Так, в случае подложки ZnSe этот сдвиг составляет при n = 1 ~ 41 см-1, при n = 5 ~ 26 см-1; для подложки ZnS: при n = 1 ~ 17 см-1, при n = 5 ~ 2 см-1.

Исследовано влияние двуосной деформации на сдвиг частот объёмных материалов. Так, для селенида цинка (подложка ZnS) двуосное растяжение приводит к высокочастотному сдвигу продольной моды, составляющему ~ 16 см-1, для ZnS (подложка ZnSe, двуосное сжатие) соответствующий сдвиг в область низких частот составляет ~ 18 см-1.

Согласно методике, разработанной в [2], установлен генезис фононных ветвей СР из фононных ветвей напряжённых объёмных композитов. Вычислен вклад (в %) фононных состояний объёмных материалов в напряжённом состоянии (ZnS*, ZnSe*) в фононные состояния СР (ZnSe)n(ZnS)n. Так, вклад атома Zn напряжённого ZnS* (ZnSe*) для подложки ZnSe (ZnS) в колебательное состояние атома Zn в СР (n=1) составляет 92% (89%). Для “свободного положения” СР анализируемый вклад атома Zn от напряжённых объемных материалов имеет одно и то же значение - 91%.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Martin R. Elastic properties of ZnS structure semiconductors //Phys. Rev. B, 1970. 1. № 10. Р. 4005 - 4011.

Прыкина Е.Н., Полыгалов Ю.И., Копытов А.В. Решёточная динамика короткопериодичных (001) сверхрешёток (GaP)n(AlP)n. Известия вузов. Физика. ДЕП ВИНИТИ, № 3643-В98.

Научный руководитель - д-р физ.-мат. наук, проф. Ю.И. Полыгалов

 

ИК фотопроводимость при нормальном падении света на кремниевый pin диод с самоорганизующимися квантовыми точками Ge

Ю.Ю. Проскуряков

Новосибирский государственный университет

Интерес к получению и исследованию полупроводниковых квантовых точек (QD) обусловлен наличием в них новых особенностей электронного спектра, которые не наблюдаются в системах более высокой размерности (3D-1D).

Поскольку плотность состояний в QDs образована дискретными уровнями, заселенностью которых можно легко управлять, очевидное преимущество нуль-мерных систем заключается в возможности настройки их фото-отклика на требуемый спектральный диапазон. В данной работе была впервые реализована эта возможность для систем c Ge квантовыми точками в Si. Изучалась фотопроводимость в кремниевом pin диоде со встроенным в i -область слоем Ge самоорганизованных QDs (неоднородность точек в размере: 20%) в условиях нормально падающего монохроматического ИК излучения (плоскость поляризации света совпадает с латерально ограниченным основанием QD). Характерные параметры исследованных структур: подложка - p-Si (11019см-3 B); слой Ge квантовых точек толщиной 10ML был встроен в середину i-области (400nm, 11016см-3 В ); толщина слоя n-Si - 100nm (11019см-3 Sb). Большая поверхностная плотность квантовых точек (31011см-2) обеспечила высокий коэффициент поглощения света и возможность наблюдать, настраиваемый величиной обратного смещения, максимум фототока (PC): при 430мэВ (2.9м - пик Т1) и при 730мэВ (1.7м - пик Т2). Фото-отклик структуры, полностью аналогичной описанной выше только без QDs, в диапазоне длин волн от 1 до 4м не обнаружен. Наблюдается корреляция в зависимостях величин пиков PC от обратного смещения: интенсивность пика Т1 уменьшается с увеличением напряжения обратного смещения (начиная с 0.5В) и исчезает при Vg= 1.4В, в то время как интенсивность пика Т2 увеличивается при смещении от 0.5В и при Vg= 1.4В достигает максимального значения. Такое поведение связывается с заселением основного состояния QD либо дырками либо электронами, в зависимости от величины обратного смещения, и соответствующими оптическими переходами (для дырок основное состояние - потолок валентной зоны Si - Т1; для электронов: осн. состояние- дно зоны проводимости Si - Т2). В пользу последнего утверждения говорит тот факт, что сумма энергий переходов равна Е(Т1)+ Е(Т2)=1.16 эВ, что близко к величине запрещенной зоны Si при комнатной температуре (1.12эВ).

Научный руководитель - канд. физ.- мат. наук. А.И Якимов.

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИ АКТИВНЫХ УПРУГИХ ВОЛН В ПЬЕЗОКРИСТАЛЛАХ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

М.Г. Раджабова

Самаркандский государственный университет им. А.Навои

В работе решалась задача нахождения параметров акустически активных упругих волн,таких как коэффициент затухания B, амплитуда A и начальная фаза F вектора смещения, удельное вращение плоскости поляризации волны G, по набору k экспериментальных значений интенсивностей рассеянного света для k независимых измерений. Интенсивность света, рассеянного на звуке, можно представить известной функциональной зависимостью интенсивности I от расстояния Х, на которое перемещается упругая волна:

I = A*exp(-B*X)*Cos(G*X + F)( 1 )

Таким образом задача нахождения четырех независимых параметров гиротропной волны сводится к решению системы k нелинейных уравнений вида:

Ik = f(X,A,B,G,F) k=1,2,...k>4( 2 )

При k=4 задача является чисто алгебраической, однако ее решение существенно зависит от выбора экспериментальных данных {I} и на результат будут заметно влиять случайные ошибки измерений. Напротив, чем больше измеренй, т.е. чем в большей степени система переопределена,тем лучше, так как случайные ошибки отдельных измерений компенсируют друг друга и решение становится более достоверным. В нелинейных задачах методы получения oптимальных оценок отсутствуют, но решение может быть получено на основе метода максимального правдоподобия, с помощью различных способов линеаризации задачи. В отличие от линейной модели МНК, в случае нелинейной регрессии приходится решать систему нелинейных уравнений численными методами, используя линеаризованную форму для нелинейной модели и применяя обычные аналитические процедуры для линейной регрессии.

На основе изложенного подхода и принятой модели была создана программа решения поставленной задачи на языке Паскаль. Программа проверялась при различных интенсивностях рассеянного света в пьезокристаллах силиката висмута и галлосиликата лантана. Показана высокая эффективность и надежность результатов одновременного расчета коэффициента затухания и удельного вращения плоскости поляризации в гиротропных кристаллах и возможность моделирования экспериментальныхкривых путем варьирования как основными параметрами, так и факторами, изменяющимися при постановке реального физического эксперимента.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, доц. Ф.Р.Ахмеджанов

Резонансное туннелирование электронов в гетероструктурах на основе нитридов coединений A3B5

А.Н. Разжувалов

Томский государственный университет

В последнее время возрос интерес к широкозонным соединениям нитридов А3B5 . Эти материалы обладают высокой устойчивостью к экстремальным внешним воздействиям и позволяют создавать приборы, работающие в малоосвоенной части спектра (от голубой до ультрафиолетовой). Область применимости нитридов может быть заметно расширена, если их использовать для изготовления резонансных гетероструктур.

При теоретическом исследовании электронной структуры нитридов возникают известные трудности , связанные с отсутствием р-состояний в остове азота. В связи с этим в настоящей работе используется метод локального псевдопотенциала с параметрами определенными из abinitio расчетов.

В модели с разрывным на границах потенциалом исследовано прохождение электронов через двухбарьерные вюртцитные структуры с квантовыми ямами из GaN с ориентациями гетерограниц (0001). Расчет вероятностей туннелирования проведен для случая нормального падения электронов по методу огибающих волновых функций. Разрывы зон и эффективные массы определены из псевдопотенциального расчета компонент гетероперехода и сверхрешеток. На основе анализа комплексной зонной структуры дано обоснование применимости однодолинного (Г) приближения. Изучена зависимость резонансных структур от размеров ям и барьеров с учетом деформации барьерных слоев.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, доц. С.Н.Гриняев .

 

 

Фотолюминесценция высокочистых слоев AlGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии

Е. С. Рылова

Новосибирский государственный технический университет

В данной работе сообщается о получении методом молекулярно-лучевой эпитаксии высокочистых слоев твердых растворов AlxGa1-xAs с содержанием AlAs 0< x <0.34. Полученные слои исследовались методом фотолюминесценции (ФЛ). О низком содержании фоновых примесей свидетельствуют следующие данные:

- В спектрах ФЛ исследуемых слоев, измеренных при температуре жидкого гелия, доминирует линия рекомбинации свободных экситонов.

- Ширина линии рекомбинации свободных экситонов на 30¸ 50 % меньше наименьших из приведенных в литературе значений и не превосходит значений, рассчитанных для идеального твердого раствора. Это свидетельствует о том, что уширение линии обусловлено хаотическим распределением атомов Al и Ga в твердом растворе AlxGa1-xAs, а уширением из-за ионизированных фоновых примесей можно пренебречь.

- Зависимость интегральной интенсивности линии от плотности мощности возбуждения в диапазоне 3· 10-4 ¸ 160 W· cm-2 представляет собой прямую линию. Это свидетельствует о том, что рекомбинация свободных экситонов является доминирующим каналом рекомбинации неравновесных носителей заряда в слоях AlxGa1-xAs, а концентрация центров безызлучательной рекомбинации, которыми в AlxGa1-xAs являются фоновая примесь кислород и собственные точечные дефекты мала.

Полученные сверхчистые слои прямозонных твердых растворов AlxGa1-xAs с низкой концентрацией мелких фоновых примесей (<1015 см-3 ) и низкой концентраций кислорода, не имеют в настоящее время мировых аналогов.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук. Т.С. Шамирзаев

 

 

 

ИЗМЕНЕНИЯ В ОПТИЧЕСКИХ HxLi1-xNbO3 ВОЛНОВОДАХ ИДУЦИРОВАННЫЕ КОМБИНИРОВАННЫМ ИОННЫМ ОБМЕНОМ

А.Г. Сапун

Кемеровский государственный университет.

Фоторефрактивные волноводы находят все большее применение для изготовление интегрально-оптических устройств. Оптимизация их параметров в настоящее время является наиболее актуальной задачей.

В нашей работе исследована возможность получения кристаллических структур с заранее заданными параметрами волноводного слоя.

Были исследованы протон замещенные волноводы изготовленные на Z срезах LiNbO3 путем обработки в расплавах слабых органических кислот при температуре 230-2350С в течении промежутков времени от 6 до 62 часов. Для получения заданного профиля показателя преломления был применен отжиг при различных температурах (325-3400С) и в течении различных интервалов времени от 20 минут до 60 часов . Затем волноводы были подвергнуты обработке в растворе оксида меди в бензойной кислоте при температуре 2300С в течении различного времени (10-60 мин.). Целью такой обработки являлось увеличение фоторефрактивной чувствительности оптических волноводов.

Исследование структурных изменений в этих волноводах проводилось методами ИК-спектроскопии. Так, измерение спектров ИК-поглощения в области частот 3400-3600 см-1 позволило точно определить степень протонного обмена - x (HxLi1-xNbO3) во всех образцах. Измерение спектров ИК-отражения в диапазоне 300-1000 см-1 позволило проследить изменение динамики кристаллической решетки.

В результате детального анализа полученных спектров установлены:

- значительные изменения динамики кристаллической решетки НЛ из-за комбинированного ионного обмена.

- зависимость этих изменений от фазового состава исходных образцов, определяемого температурой и длительностью отжига.

- из анализа этой зависимости следует, что абсолютная величина индуцируемых изменений пропорциональна концентрации междоузельных протонов в верхней части исходного волноводного слоя.

Этот результат находится в хорошем соответствии с предлагаемой авторами моделью явления.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук. С.М. Кострицкий.

Влияние параметров системы и адсорбируемых молекул на колебания в наноэлектромеханической системе

А.В. Савельев, Д.В. Терин

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Целью данной работы является изучение влияния параметров системы и адсорбируемых молекул на колебания в наноэлектромеханической системе кантилевер-основание. Кинематика системы основана на взаимодействии кулоновской силы, силы упругости, сил Ван-дер-Ваальса.

Исследовалось поведение системы в зависимости от ряда параметров: разности потенциалов и зазора между кантилевером и основанием, геометрических размеров и модуля Юнга материала кантилевера, массы и природы адсорбируемых молекул.

Получены следующие основные результаты:

1. Частоту колебаний системы в зависимости от ее параметров и свойств адсорбируемых молекул можно варьировать от 104 до 1010 с-1.

2. Установлено, что зависимости амплитуды колебаний и частоты от варьируемых параметров носят пороговый характер. Определены области в которых зависимости амплитуды и частоты колебаний от параметров наноэлектромеханической системы и адсорбируемых молекул носят пороговый характер, и их малые вариации приводят к большим изменениям частоты и амплитуды.

3. Установлены области параметров системы, в которых наблюдается высокая чувствительность к массе адсорбируемых молекул при независимости от сил Ван-дер-Ваальса и области, в которых силы Ван-дер-Ваальса являются определяющими частоту и амплитуду колебаний. Подбором свойств материалов кантилевера и основания влияние туннельных переходов может быть исключено или усилено.

Пороговый характер переключения системы из одного состояния в другое при малых различных внешних воздействиях указывает на принципиальные возможности широкого использования таких систем в различных функциональных устройствах: высокочувствительных газовых сенсорах, устройствах управления СВЧ-излучением, а также на новые возможности атомной силовой микроскопии для анализа не только рельефа поверхности, но и её состава.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук, проф. Д.И. Биленко

Изучение начальной стадии адсорбции золота и меди на вицинальной поверхности кремния (111)

В.Н. Савенко

Новосибирский государственный университет,

Известно, что субмонослойная адсорбция металлов на атомно-чистой ступенчатой поверхности кремния вызывает сверхструктурную реконструкцию. Тип реконструкции зависит от количества осаждаемого металла и температуры подложки [1], [2]. В связи с этим представляется интересным исследование устойчивости систем атомных ступеней на начальных стадиях осаждения металлов на поверхность кремния и изучение взаимодействия адсорбированных атомов металлов с моноатомными ступенями высотой в одно межплоскостное расстояние в процессе зарождения сверхструктурного домена. В работе проводилось изучение сверхструктурной реконструкции и элементарных структурных процессов на вицинальной поверхности кремния [3], при осаждении атомов золота и меди с различной концентрацией в широком диапазоне температур подложки.

Новизна работы состоит в проведении исследований методом сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии (СВВ-ОЭМ), позволяющим получать атомно-чистые поверхности кремния, визуализировать их на элементарных процессов, протекающих на них при сублимации, гомо-уровне одного межплоскостного расстояния и проводить in situ эксперименты по изучению и гетероэпитаксии. В СВВ-ОЭМ методе пучок электронов, сформированный электронно-оптической системой электронного микроскопа, падает под малым углом к исследуемой поверхности, и рассеяние электронов происходит от нескольких приповерхностных слоев, что определяет высокую поверхностную чувствительность метода. Прецизионный держатель образца позволяет выбирать оптимальные условия для получения изображения поверхности. Был разработан и изготовлен миниатюрный испаритель металлов, конструкция которого обеспечивала контролируемое осаждение атомов золота и меди.

Получена зависимость типа сверхструктурной реконструкции от температуры подложки и концентрации осажденных атомов меди или золота. Изучены процессы формирования и разрастания отдельного сверхструктурного домена при различных температурах и концентрациях примесных атомов. Исследованно влияние сверхструктурной реконструкции на систему эквидистантно расположенных моноатомных ступеней. Определена устойчивость системы эшелонов моноатомных ступеней относительно зарождения сверхструктурных доменов при различных температурах. Эшелоном ступеней называют скопление большого количества близко расположенных моноатомных ступеней. Полученные экспериментальные результаты обсуждаются в рамках современной теории физики поверхности.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Koshikawa Т., Yasue Т., Tanaka Н., Sumita I., Kido Y. // Surf.Sci 331-333 (1995) 506-510.

2. Tanishiro Y., Yagi K., Takayanagi K.// Surf.Sci. 234 (1990) 37-42.

3. Латышев А.В., Асеев А.Л.// УФН 168 (1998) 1117-1127.

Научный руководитель д-р. физ. -мат. наук А.В. Латышев.

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС В МОНОКРИСТАЛЛАХ ГЕКСАФЕРРИТОВ

А.А. Ошлаков, В.А. Журавлев

Томский государственный университет

Поведение магнетика в переменных магнитных полях описывается феноменологическим макроскопическим уравнением движения вектора намагниченности Ландау-Лифшица. Влияние кристаллической решетки на движение магнитного момента в феноменологическом подходе учитывается путем введения в рассмотрение энергии магнитокристаллической анизотропии и соответствующих ей эффективных магнитных полей, зависящих от типа кристаллической решетки. Подход, основанный на решении уравнения движения с учетом эффективных полей анизотропии и изотропным фактором спектроскопического расщепления (g – фактором), оказался оправданным для магнитоупорядоченных материалов с малой величиной энергии анизотропии, таких как ферримагнетики с кубической решеткой. Однако имеются теоретические и опытные факты, говорящие о том, что в некоторых материалах для правильной трактовки динамических свойств необходимо учитывать наряду с магнитокристаллографической анизотропией еще и анизотропию g-фактора. В ферритах с гексагональной структурой (гексаферритах) могут выполняться условия, способствующие возникновению анизотропии g – фактора. В связи с этим, нами проведено исследование угловых зависимостей резонансных полей монокристаллических образцов гексаферритов разных составов при комнатной температуре. Эксперимент проводился на стандартном СВЧ радиоспектроскопе в диапазоне частот 12 -36 ГГц. Образцы имели форму тонких дисков диаметром 1-2 мм с отношением диаметр/толщина не менее 10. Было проведено сравнение частотных зависимостей резонансных полей вдоль гексагональной оси и в плоскости, ей перпендикулярной. Определены поля анизотропии исследованных гексаферритов. Показано, что в пределах погрешности измерений у материалов с одним сортом магнитоактивных ионов, таких как BaM и Zn2Y, анизотропия g-фактора отсутствует. При замещении магнитоактивных ионов либо немагнитными, либо другими магнитоактивными ионами появляется анизотропия g-фактора. Так, на образцах гексаферритов систем BaM (при замещении ионов железа на ионы скандия) и Co2Z (с замещением Fe3+ на комплекс (Co2+Ti4+)) обнаружена заметная анизотропия g-фактора, превышающая погрешность измерений. Отличие g^ от g| | составляет около 1,5%.

Íàó÷íûé ðóêîâîäèòåëü - êàíä.ôèç.ìàò.íàóê., äîö. Â.À. Æóðàâëåâ.

Экспериментальные ИССЛЕДОВАНИЯ AКУСТИЧЕСКОЙ ГИРОТРОПИИ В КРИСТАЛЛАХ

Д.К. Шабанов

Самаркандский государственный университет им. А.Навои

В данной работе проведены экспериментальные исследования акустической гиротропии в монокристаллах кварца, галлосиликата неодима и лантана (точечная группа - 32) методом брэгговского рассеяния света [1]. Образцы для исследований имели форму параллелепипеда и были ориентированы вдоль оси Z с точностью около 10'. Поперечные акустические волны с поляризацией вдоль [010] и направлением распространения по оси [001] возбуждались с помощью кварцевых пьезопластин. Работа велась на нечетных гармониках в частотном диапазоне 0,4¸ 1,6 ГГц.

В эксперименте измерялась интенсивность света (лазер ЛГ-38, длина волны 0.6328 мкм.), рассеянного на поперечных акустических волнах в зависимости от расстояния X от пьезопреобразователя. Измерения проводились в автоматизированном режиме при помощи ЭВМ под управлением программы, разработанной на алгоритмическом языке PASCAL, в пределах точности 2%.

Согласно работе [1] исследованная интенсивность зависит от удельного вращения плоскости поляризации звука, начальной фазы и коэффициента затухания упругой волны.

Проведен расчет указанных параметров по методу наименьших квадратов и получены значения акустического загухания и удельного вращения поляризации на частоте 1 ГГц.

Полученные значения параметров были использованы для построения теоретической зависимости по машинной программе методом градиентного спуска. Результаты расчета показывaют хорошее согласование экспериментальных результатов с теоретической кривой для кристаллов галлосиликата лантана, для которых были проведены наиболее полные исследования. Показано также, что значения удельного вращения плоскости поляризации в исследованных кристаллах точечной группы 32 не отличаются сильно друг от друга.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

  1. Брызжина М.Ф., Есаян С.Х., Леманов В.В Исследование акустической активности в кристаллах кварца методом брегговской дифракции света

Письма в ЖТФ. 1975. Вып 6.

Научный руководитель – науч. сотр. Ф.Р. Ахмеджанов

Исследование электромиграции адатомов на вицинальных поверхностях Si (111)

Д.В.Щеглов

Новосибирский государственный университет

Проблема формирования тонких эпитаксиальных слоев неразрывно связана с изучением движения по поверхности адсорбированных атомов (адатомов), их встраиванием в ступени и десорбцией. Известно, что нагрев подложки кремния прямым пропусканием постоянного электрического тока нарушает равновесие в миграции адатомов, и в определенных интервалах температур система регулярных моноатомных ступеней на поверхности кремния (111) меняется на систему эшелонов ступеней при изменении полярности нагревающего тока [1].Целью данной работы является изучение влияния переменного и импульсного электрического тока на поведение систем моноатомных ступеней на поверхности кремния

Исследование движения моноатомных ступеней, эшелонов и анти-эшелонов ступеней на поверхности кремния (111) проводилось методом сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии (СВВ-ОЭМ) [2].. Данный метод характеризуется возможностью получать изображение поверхности и наблюдать движение единичной моноатомной ступени в реальном времени и при больших температурах. В качестве образцов использовались пластины кремния размером 0,3*1*8 мм3. Нагрев осуществлялся прямым пропусканием электрического тока через образец. Для исследования электромиграции адатомов на поверхности кремния был разработан и изготовлен импульсный источник питания переменного электрического тока, позволяющий выдавать для нагрева образца различной амплитудной (прямоугольной, смешанной) конфигурации переменный электрический ток с возможностью варьирования частот импульсов. Полученное изображение фиксировалось на фотопластины.

Исследовано влияние частоты нагревающего электрического тока на систему эквидистантно расположенных моноатомных ступеней. Определена устойчивость системы эшелонов моноатомных ступеней относительно температуры и периода переменного импульсного тока. Метод СВВ-ОЭМ позволил зафиксировать особенности образования эшелонов при изменении частоты нагревающего тока. Выяснены частоты электрического тока, при которых происходят переходы от системы регулярных ступеней к эшелонам и обратно. Показано, что при частоте импульсов в 50 Гц эшелонирование ступеней не наблюдается.. Полученные экспериментальные результаты обсуждаются на основе современной теории электромиграции и моделей “эффективного заряда” адсорбированных на поверхности атомов.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Латышев А.В.,.Асеев А.Л, Красильников А.Б., Ржанов А.В., Стенин С.И..//Докл. Ак. Наук СССР т.300 №1(1988) 84-88.

2.Латышев А.В., Асеев А.Л. // УФН 168 (1998) 1117-1127.

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук. А.В. Латышев

ВОЗДЕЙСТВИЕ МОЩНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ НА УЗКОЗОННЫЕ ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ КРТ

С.А. Шульга

Томский государственный университет

До настоящего времени основные результаты по воздействию мощных импульсных ионных пучков были получены на металлах. При этом решались задачи, связанные с плавлением, испарением материала с поверхности, перемешиванием компонент мишени, изменением топологии поверхности. В отношении полупроводников исследования такого рода практически не проводились. С разработкой в НИИ ЯФ при ТПУ нового типа ускорителей ионов наносекундной длительности на основе эффекта взрывной эмиссии ионов с поверхности появилась возможность их применения не только для модификации поверхности металлов, но и для неразрушающих изменений свойств полупроводников. Поэтому проведение фундаментальных исследований в направлении мощных импульсных воздействий на полупроводниковые среды без разрушающих последствий является актуальной и важной задачей.

Целью данной работы является построение модели взаимодействия интенсивных потоков заряженных частиц с твердыми растворами КРТ, разработка численных методов решения уравнений описывающих модель, численные исследования моделируемых явлений.

Рассмотрено совместное распространение тепла и звука (аккустических волн) при воздействии мощных импульсных пучков на твердое тело, програмно реализован метод конечных разностей (сеток) для расчета нелинейных, неоднородных дифференциальных уравнений в частных производных, которыми описана модель. Проведен расчет нестационарных, неоднородных полей температуры, градиента температуры для полиэнергетического пучка ионов (параметры пучка: j=5 A/cm2, t=100 ns, E=100 keV) с учетом зависимости термодинамических параметров вещества мишени от температуры.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук, ст.науч.сотр А.П. Коханенко

 

Температурная зависимость фотолюминесценции обработанных в низкоэнергетичной плазме AlGaAs/GaAs гетероструктур

А.Л. Соколов

Новосибирский государственный университет

Плазменная обработка широко используется в полупроводниковом производстве, в частности для замены жидкостного травления. При плазменной обработке на поверхности структуры генерируются точечные дефекты, которые существенно изменяют электрические и люминесцентные свойства приповерхностной области структуры. Для изучения пространственного распределения этих дефектов изучается спектр фотолюминесценции структур с одиночными квантовыми ямами (КЯ).

Для определения энергии активации образуемых дефектами центров безызлучательной рекомбинации в данной работе была изучена температурная зависимость интенсивности фотолюминесценции AlGaAs/GaAs гетероструктур, обработанных в плазме CF4 в пределах от 4 до 240 К. Полученные зависимости хорошо описываются зависимостью вида I=I0/[1+A1*exp(E1/kT)+A2*exp(E2/kT)], что соответствует присутствию в структуре двух типов центров безызлучательной рекомбинации с энергиями активации E1 и E2.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук., ст. науч. сотр К. С. Журавлев

Термодинамическое исследование плавления полупроводника HgGa2S4

О.А.Василенко

Томский государственный университет

Тиогаллат ртути HgGa2S4 относится к классу тройных полупроводников типа II-III2-VI4. Помимо наличия полупроводниковых свойств, HgGaS4 также является одним из самых эффективных нелинейно-оптических кристаллов, т.к. обладает широким диапазоном прозрачности (0.5-13 мкм) и большим коэффициентом нелинейной восприимчивости, что позволяет использовать данные соединения в среднем ИК диапазоне , исключительно важном в прикладном отношении. Успешное и воспроизводимое получение любого сложного соединения предполагает знание фазовой диаграммы, включающей рассматриваемый кристалл. Что касается HgGa2S4, то результаты экспериментальных исследованиях тройной системы Hg-Ga-S носят противоречивый характер. Имеются публикации, авторы которых сообщают о том, что тиогаллат ртути кристаллизуется конгруэнтно при температуре 1153-1155 K [1]. Согласно результатам , полученным другими авторами , фаза на основе HgGa2S4 плавится инконгруэнтно в интервале температур 1155-1169 K или 1159-1162 K [2].

В связи с этим задачей данной работы являлось рассмотрение устойчивости или неустойчивости HgGa2S4 вблизи температуры плавления с термодинамической точки зрения.

Рассчитывались изменения потенциала Гиббса (G), соответствующие реакциям , характерным для конгруэнтного и инконгруэнтного плавления:

HgGa2S4(тв, ж) <=> Hg(ж)+ 2Ga(ж)+4S(ж)

HgGa2S4(тв, ж)<=>Hg(ж)+Ga2S3(тв)+S(ж)

Были использованы стандартные критерии и методики термодинамического расчета. Термодинамические параметры получались с помощью различных эмпирических и полуэмпирических зависимостей .

В результате работы были получены графики зависимостей G(T), на основе которых проведено обсуждение и сделан вывод об устойчивости тиогаллата ртути в рассмотренном интервале температур.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

[1] Рычик О.В. // Оптические свойства и условия роста тиогаллатов серебра и ртути./Под ред. д-р. техн. наук ,проф. Н.Д.Устинова. Краснодар. Изд. КГУ 1982.

[2] Ильяшева Н.А., Е.Ф.Синякова Н.А., Ненашев Б.Г, Синяков И.В.// Изв. АН СССР. Неорганические материалы. Т. 21. № 11. С. 1860. 1985.

Научный руководитель – канд. физ.-мат. наук О.В. Воеводина

 

Исследование спектральных характеристик эпитаксиальных пленок КРТ

А.И. Волков

Томский государственный университет

Узкозонные твердые растворы теллурида кадмия ртути (КРТ) широко используются при разработке и создании фотоприемников ИК диапазона. Интенсивное развитие в последнее время эпитаксиальных методов получения КРТ, вызывает интерес к исследованию возможности использования получающихся эпипленок в оптоэлектронике ИК диапазона. Одним из наиболее перспективных методов выращивания считается метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) , позволяющий получать эпитаксиальные пленки КРТ достаточно больших размеров и с заданными профилями легирования и состава.

В работе проводились экспериментальные исследования спектральных характеристик фотопроводимости (СХФ) эпитаксиальных пленок КРТ, выращенных методом МЛЭ в ИФП СО РАН г. Новосибирска. Кроме этого в работе приводятся результаты теоретических расчетов спектральных характеристик фотопроводимости эпитаксиальных пленок КРТ. В первую очередь проведен анализ влияния на СХФ распределения профиля ширины запрещенной зоны, значений скоростей поверхностной рекомбинации и толщины пленки. За основу расчета взяты реальные профили распределения ширины запрещенной зоны по глубине для эпитаксиальных пленок КРТ, выращенных методом МЛЭ в ИФП СО РАН г. Новосибирск. Проведено сравнение теоретических и экспериментальных кривых СХФ. Анализ полученных спектральных характеристик этих пленок позволяет сделать предположение о положительном влиянии широкозонного слоя на поверхности на получение эпипленок с большими значениями времени жизни и в конечном итоге на повышение фоточувствительности эпитаксиальных пленок.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук, ст. науч. сотр. А.П. Коханенко

Исследование модификации поверхности в микрокристаллах галогенидов серебра при изменении ионного равновесия в растворе методом РФЭС

А.Л. Юдин, А.В. Дробот

Кемеровский государственный университет

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии исследована модификация свойств фотографических эмульсионных микрокристаллов галогенидов серебра различного габитуса и галоидного состава, а также золей AgHal, при изменении pAg (ионного равновесия). Известно, что изменение ионного равновесия в растворе влияет на формирование огранки МК AgHal и изменение физических свойств и состояние поверхности твердых тел в основном зависит от условий синтеза и приготовления образцов для исследований.

При расчете учет зарядки поверхности осуществлялся по энергии связи основного пика углерода (285 эВ). Оценка химического сдвига осуществлялась как по изменению энергии связи соответствующего уровня, так и по модифицированному параметру Вагнера. Физические принципы, лежащие в основе интерпретации экспериментально наблюдаемых химических сдвигов, рассматривались в модели потенциала валентной оболочки.

Наблюдаемые изменения энергии связи с изменением pAg для AgHal в общем случае можно объяснить одновременным или раздельным изменением степени окисления серебра (переноса заряда) и энергии Ферми. С другой стороны, на основании анализа изменения G-фактора Вагнера для AgBr одновременно происходит изменение плотности 4d-состояния серебра в валентной зоне, замаскированное процессам электронной релаксации, и изменение термодинамической работы выхода относительно потолка валентной зоны. Изложенное в совокупности, является следствием релаксации избыточной поверхностной энергии и структурной перестройки в приповерхностном слое МК с формированием в нем другой фазы, что вполне согласуется с предлагаемой в работе моделью двойного слоя в AgBr.

Можно отметить, что процесс модификации поверхности МК b -AgI сопровождается большим изменением приведенных величин, чем у g-AgI. Заметим, что релаксационная энергия выше в b -фазе. Для b -, g -АgI отношение Ag/I на поверхности всегда ближе к единице.

Научный руководитель - д-р. физ. мат. наук, проф. Л.В. Колесников.

Исследование условий формирования островков Ge на Si(001) методом динамической ДБЭ

В.А.Черепанов

Новосибирский государственный университет

В настоящее время сильно возрос интерес к прямому получению низкоразмерных Ge/Si структур. Так образование трехмерных островков германия на кремнии, в соответствии с механизмом роста Странского-Крастанова, может быть использовано для получения слоя квантовых точек. При создании таких структур важно знать процессы происходящие на поверхности в процессе роста.

Согласно известным экспериментальным данным рост Ge на поверхности Si(001) можно разбить на несколько стадий. Первоначальный послойный рост до толщины нескольких атомных слоев сменяется образованием бездислокационных островков - “hut”-кластеров, последующий рост приводит к релаксации упругих напряжений и образованию срелаксировавших 3D-островков.

Анализ дифракционной картины ДБЭ от поверхности растущей пленки в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет судить о морфологической структуре поверхности. В данной работе измерена температурная зависимость эффективных толщин эпитаксиальной пленки Ge на поверхности Si(001) которые отвечают сменам механизмам роста, в температурном диапазоне 250-500 оС.

Полученные данные представляют интерес при выборе условий роста, для получения пленок с заданными размером и концентрацией германиевых островков, а также определяют диапазон возможных значений размеров бездислокационных островков.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, ст.науч. сотр.А.И. Никифоров

 

Примесный ион Cu2+ в кристалле SrF2

А.Ю. Захаров, В.А. Чернышев

Уральский государственный университет им.А.М. Горького

Проведено компьютерное моделирование примесного центра Cu2+ в кристалле SrF2 . Получена информация о структурных искажениях кристаллической решетки вблизи примесного центра Cu2+. При изовалентном замещении иона Sr2+ ионом Cu2+ симметрия кристаллической решетки вблизи примесного центра понижается до тригональной (группа C ). Как показывают расчеты, происходит смещение иона Cu2+ по оси C 4 на 1.04 ат.ед. по направлению к иону F- (см.рис.).

Расчеты проводились в приближении парных потенциалов в оболочечной модели. Размер дефектной области равнялся девяти координационным сферам .Рис. 1

Исследования методом ЭПР [1] показали, что примесный ион смещается по оси C 4.

-------------------------

[1]-Зарипов М.М., Уланов В.А //ФТТ. Т.31. № 10. 251 (1989)

Научный руководитель - д-р.физ.мат.наук, проф. А.Е.Никифоров

Влияние типа катализатора и условий его нанесения на стабильность газовых сенсоров на основе плёнок SnO2

Ю. В. Кострубов

Томский государственный университет

Для повышения чувствительности и селективности химических сенсоров газов на основе металлооксидных полупроводников используют легирование их объема различного рода примесями, а также нанесение катализаторов. Однако до настоящего времени до конца не выяснены механизмы влияния примеси на газочувствительные свойства полупроводников, малоизученны механизмы деградации сенсоров. В связи с этим в настоящей работе исследована стабильность электрических и газочувствительных характеристик тонких плёнок диоксида олова в процессе хранения и эксплуатации в зависимости от типа и условий нанесения катализатора (платины, палладия).

Плёнки SnO2 толщиной 0,05-0,1 мкм были получены катодным распылением в кислородно-аргонной плазме мишени, которая представляла собой слиток олова с добавками сурьмы в количестве 0,1-0,5 ат.%. В качестве подложки использовали пластины поликора толщиной 130-150 мкм. Поверх пленок напыляли сверхтонкие слои платины или палладия. Контакты к SnO2, а также нагреватель на обратной стороне подложки формировали напылением платины с последующей фотолитографией. Пленки подвергали отжигу в течение 24 часов при 400 0 С, в процессе которого имеет место кристаллизация диоксида олова.

Изучали адсорбционный отклик на воздействие смеси СО с воздухом в динамическом режиме. Показано, что введение Sb в количестве 0,5 ат.% способствует стабилизации сопротивления сенсоров втечение 5-7 суток эксплуатации в рабочем режиме (при температуре 300-350 0 С). Определены оптимальные условия напыления каталитических металлов (платины и палладия), обеспечивающие высокий адсорбционный отклик на воздействие СО в воздухе. В частности, целесообразно напыление катализатора в два этапа: после напыления диоксида олова, а также после стабилизирующего отжига образцов. Наиболее высокий отклик наблюдали для образцов с Pd- катализатором, причем параметры таких образцов оставались стабильными в процессе эксплуатации втечение двух месяцев. Для объяснения полученных результатов использованы представления о влиянии степени дисперсности нанесенных катализаторов на их структуру и каталитическую активность.

Научный руководитель - канд.физ.мат.наук, ст. науч. сотр., Н.К. Максимова

ТЕРМОСТИМУЛИРОВАННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ AgCl

Л.А. Козяк, Е.Г. Кустиков

Кемеровский государственный университет

К настоящему моменту в литературе имеется много сведений об исследованиях люминесценции хлорида серебра, что обусловлено как практической важностью этого объекта для фотографической промышленности, так и его использованием как “модельного” объекта. Достаточно подробно исследованы спектры стационарной фотолюминесценции, предложены модели рекомбинационной люминесценции и процессов ее температурного тушения. Основаниями для этих моделей являются исследования спектров и кинетики изотермического затухания рекомбинационной люминесценции.

Нами исследовалась термостимулированная люминесценция (ТСЛ) номинально чистого монокристаллического AgCl в температурном диапазоне 64 – 300 К после возбуждения светом 250 – 600 нм. При низкой температуре после прекращения возбуждения наблюдается медленно затухающее послесвечение, последующий линейный рост температуры со скоростью 0.4 К/С приводит к ТСЛ, состоящей из 4-х налагающихся пиков с максимумами около 110, 120, 155 и 175 К. Методом модуляционной термоактивационной спектроскопии (МТАС) получен спектр энергий активации и частотных факторов. Рекомбинационная люминесценция в исследованном температурном интервале обусловлена по крайней мере четырьмя релаксационными процессами: ловушки с энергиями активации, распределенными в интервале 0.05 – 0.12 эВ, ответственны за изотермическое затухание люминесценции, переходящее в пик ТСЛ около 110 К; “моноэнергетические” ловушки с энергиями активации 0.15-0.17 эВ, 0.22-0.23 эВ и 0.30-0.31 эВ, дающие соответственно пики ТСЛ около 120, 155 и 175 К. Спектральные области люминесценции, выделенные с помощью фильтров: полоса с максимумом около 460-470 нм с незначительным вкладом (порядка 3-5% светосуммы) широкой полосы 550-700 нм для температурной области пиков ТСЛ около 110 и 120 К, и полоса 550-700 нм для пиков ТСЛ около 155 и 175 К.

Выявление природы дефектов и центров окраски, ответственных за наблюдаемый сложный многостадийный релаксационный процесс, является предметом дальнейших исследований. Однако показанное наличие 4 стадий релаксации люминесценции, а также отсутствие туннельных составляющих, существенно дополняют известные представления для AgCl.

Научный руководитель – канд. физ.-мат.наук, доц. Ю.С. Попов.

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МЕТОДА МОДУЛЯЦИОННОЙ ТЕРМОАКТИВАЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Л.А. Козяк, С.В. Сморкалова

Кемеровский государственный университет

В настоящей работе проведено теоретическое исследование информационных возможностей метода модуляционной термоактивационной спектроскопии (МТАС) в применении к термостимулированной люминесценции (ТСЛ). В рассмотрение взята модель, включающая 6 уровней захвата и рекомбинации носителей заряда. Система дифференциальных уравнений, описывающих “потоки” носителей заряда между локальными уровнями и зонами в процессе термической стимуляции, численно интегрировалась в условиях “осциллирующей” температуры, тем самым моделируя реальные экспериментальные условия МТАС. При этом зависящей от температуры являлась вероятность делокализации носителя с уровня захвата, все остальные параметры процесса полагались постоянными. Зависимость скорости рекомбинационной гибели носителей заряда от времени и температуры, эмулирующая в данном случае экспериментальную зависимость интенсивности ТСЛ, обрабатывалась по методике, общепринятой в практике МТАС, с целью получения спектра энергий термической активации процесса. Проведены серии рассчетов при вариации параметров процесса: взаимное расположение уровней захвата относительно зон, частотные факторы (входящие в вероятность делокализации носителей), вероятности рекомбинации и захвата носителей на ловушки, концентрации ловушек, начальные концентрации локализованных носителей.

Полученные результаты (для “идеальных” условий в отличие от экспериментальных “зашумленных” данных) позволили выявить некоторые общие тенденции и ограничения возможностей метода. При некоторых физически обоснованных сочетаниях параметров процесса процедура обработки данных дает спектр энергий активации, существенно отличающийся от заложенного в модель. Это может наблюдаться, например, для двух отличающихся по энергии активации ловушек, но частотные факторы, коэффициенты захвата и начальное заполнение которых дают противоположный вклад в результирующую скорость рекомбинации. Кроме того, обработка методом МТАС спадающей части кривой ТСЛ приводит к кажущемуся снижению энергии активации. Все это указывает на необходимость учета “методических особенностей” при обработке и интерпритации экспериментальных данных в практике МТАС.

Научный руководитель – канд. физ.-мат.наук, доц. Ю.С. Попов

Кинетика фотолюминесценции экситонов в GaAs/AlAs сверхрешетках типа II.

М. Ю. Захаров

Новосибирский государственный университет

Abstract. Photoluminescence (PL) kinetics after impulse laser excitation of the GaAs/AlAs short period type II superlattices (SL) grown by MBE on (100) and (311)A semi-insulating GaAs substrates was investigated at 4.2 -45K temperature range. From analysis of the experimental data decay rates of the PL due to scattering on interface disorder and due to electron-phonon interaction were obtained. The decay rate due to scattering on interface disorder in the (100)-oriented SL is much higher then the decay rate in the (311)A-oriented SL. We account it for higher interfaces roughness of the (100)-oriented SL compared with the (311)A-oriented SL.

В настоящее время большой интерес представляют структуры пониженной размерности, которые обладают интересными физическими свойствами и используются для создания новых электронных приборов. Одним из наиболее активно исследуемых квантово-размерных объектов являются GaAs/AlAs сверхрешетки (СР), оптические и электрические свойства которых можно изменять, меняя толщину их слоев. Наиболее значимые изменения свойств СР происходят при толщине слоев GaAs меньше 35 А, при переходе от СР типа I к СР типа II. В СР типа II электроны и дырки локализованы в разных слоях, электроны - в слоях AlAs, а дырки - в слоях GaAs. Кроме того электроны и дырки разнесены в пространстве квазиимпульсов и экситоны, образуемые ими обладают ненулевым квазиимпульсом. При рекомбинации экситонов их квазиимпульс должен передаваться фононам, либо рассеиваться на гетерограницах. Вероятность рассеяния квазиимпульса экситона на гетерогранице зависит от ее геометрического устройства. Известно, что устройство гетерограницы зависит от кристаллографической ориентации используемой подложки.

Целью данной работы является изучение влияния устройства гетерограниц на кинетику рекомбинации экситонов в GaAs/AlAs СР типа II.

В работе исследованы спектры нестационарной фотолюминесценции (ФЛ) экситонов при температурах от 4 до 45К в GaAs/AlAs СР, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaAs ориентации (311)А и (100). Из анализа полученных экспериментальных результатов определены темпы затухания ФЛ, определяемые рассеянием квазиимпульса экситонов на шероховатостях гетерограниц и на фононах. Темп затухания при рассеянии квазиимпульса на гетерограницах в (100) СР больше, чем в (311)А СР, что вероятно связано с тем, что в СР, выращенных на подложках GaAs ориентации (100), гетерограница неупорядоченная, а в СР, синтезированных на подложках GaAs ориентации (311А), гетерограница упорядоченная, гофрированная.

Научный руководитель – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр., К.С. Журавлев

Кинетика затухания фотолюминесценции наноструктур кремния.

А.Ю. Кобицкий

Новосибирский государственный университет

Abstract. Time-resolved photoluminescence decays have been measured for silicon nanocrystallites embedded in silicon dioxide. The luminescence time decay as a function of temperature and observation energy is reported. The decay line shape is well described by a stretched exponential for a variety of experimental condition. Obtained results suggest that trapping and recombination of carriers occurs on localized center.

Кристаллический кремний является наиболее используемым материалом в полупроводниковой промышленности и наиболее изученным полупроводником. Однако его применение в оптоэлектронике ограничено из-за низкой эффективности излучательной рекомбинации. Создание низкоразмерных структур позволило увеличить вероятность оптических переходов в кремнии вследствие эффекта размерного квантования. И хотя излучательные свойства наноструктур кремния широко исследуются во всем мире, механизм рекомбинации до сих пор остается открытым.

В данной работе изучались оптические свойства нанокристаллов кремния полученных имплантацией ионов кремния в матрицу оксида кремния с последующим импульсным термическим отжигом. Были проведены измерения кинетики затухания спектра фотолюминесценции в диапазоне длин волн от 400 до 1000 нм в интервале температур от 4.2 К до 300 К. Форма кривых затухания хорошо описывалась в виде “растянутой” экспоненты для различных экспериментальных условий. Полученные зависимости времени затухания и показателя экспоненты свидетельствуют в пользу захвата и рекомбинации носителей на локализованном центре.

Научный руководитель - канд. физ.-мат наук, ст.науч. сотр. К.С. Журавлев

Распределение упругих деформаций в системе Ge/Si с квантовыми точками

А.В. Ненашев

Новосибирский государственный университет

В последнее время объектом пристального внимания являются квантовые точки (КТ), т. е. твердотельные системы с дискретным энергетическим спектром носителей заряда. Наиболее перспективными для возможного практического использования являются КТ, образующиеся в результате самоорганизации при гетероэпитаксиальном росте по механизму Странского-Крастанова [1], в том числе КТ Ge на Si (100), имеющие правильную пирамидальную форму с основанием и высотой порядка 15 нм и 1.5 нм. Для понимания физики этих КТ и для получения КТ с нужными свойствами необходимо знание их электронного спектра. Электронный спектр определяется размерным квантованием, а также кулоновскими эффектами и упругими деформациями. Упругие деформации, возникающие из-за рассогласования параметров решеток Si и Ge, вызывают значительное искажение зонной структуры, и поэтому знание распределения деформаций необходимо для расчета спектра носителей заряда.

Задача расчета распределения упругих деформаций в КТ Ge на Si решалась численно. Искомое распределение деформаций соответствует минимуму упругой энергии системы. Таким образом, для решения поставленной задачи нужны выражение для упругой энергии и способ (алгоритм) его минимизации. В связи с малыми размерами КТ упругая энергия взята из атомно-масштабной модели, а именно из модели Китинга [2], в которой она определяется ближайшим окружением каждого атома. Для корректного задания граничных условий был выбран такой способ представления положений атомов, чтобы граница рассматриваемого фрагмента решетки не влияла на решение, для чего использовался дискретный аналог функции Грина основной задачи теории упругости. Алгоритм минимизации упругой энергии представлял собой итерационный процесс, сходящийся достаточно быстро из-за наличия малого параметра — разности между упругими константами Ge и Si (порядка 15%).

В результате расчета были получены смещения атомов в КТ и ее окружении в зависимости от размера и формы КТ. На основе смещений атомов был рассчитан (по ближайшим соседям) тензор деформации, и построено распределение компонент тензора в КТ и ее окружении в разных сечениях. Полученное распределение деформаций качественно похоже на аналогичное распределение в КТ InAs на GaAs [3] и слабо зависит от размеров КТ при пропорциональном изменении их. Полученные результаты будут использованы для расчета электронного спектра КТ Ge в Si разного размера и формы.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Леденцов Н.Н. и др. // ФТП 32, 385 (1998).

2. Keating P.N. // Phys. Rev. 145, 637 (1966).

3. Cusack M.A., Briddon P.R., Jaros M. // Phys. Rev. B 56, 4047 (1997).

Научные руководители - д-р физ.-мат. наук, проф. А.В. Двуреченский, канд. физ.-мат. наук Н.П. Стёпина

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАНАРНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

А.В.Юрченко

Томский государственный университет

В настоящее время анализ характеристик фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) проводится при условии однородности электрофизических характеристик полупроводниковых материалов. Однако в реальных фотоэлектрических структурах имеют место различные неоднородности, дефекты, появляющиеся как во время изготовления ФЭПа, так и имевшие место в пластине. Неравномерность распределения всех дефектов обуславливает неравномерность распределения следующих электрофизических параметров: легирующей примеси, фототока, времени жизни НЗ, скорости рекомбинации, поглощения, высоты барьера и т.д.

Перечисленное выше может приводить к разбросу по КПД ФЭПов при одинаковых условиях изготовления и при одинаковых электрофизических параметрах подложки. Одним из методов исследования влияния неоднородностей в ФЭПах может стать зондирование локальным световым зондом по поверхности пластины и измерения фотоотклика.

В настоящей работе приведены результаты экспериментального исследования неоднородного распределения фототока и фотоэдс по пластине ФЭПа. Показано, что ФЭПы с максимальным КПД обладают минимальным разбросом этих параметров по площади пластины.

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук, ст.науч. сотр. А.А.Ушеренко

Энергетический спектр и волновые функции

Г-электронов в полупроводниках АIII, BV при наличии постоянного однородного магнитного поля Н [001]

О.В. Руденко

Томский государственный университет

В последние годы большое внимание привлекает задача о прохождении электронов через слоистую полупроводниковую гетероструктуру GaAs-AIAs-GaAs, помещенную во внешнее магнитное поле параллельное току и оси роста слоев, в режиме резонансного туннелирования. При ее решении возникает необходимость в нахождении спектра и вида волновых функций электронов в Г и Х долинах зоны проводимости каждого из слоев с учетом дополнительного квантования движения в плоскости слоя, связанного с наличием магнитного поля. Аналитическое решение этой частной задачи в случае Г-долины GaAs осложнено сильным взаимодействием между зоной проводимости и тремя валентными зонами, разделенными узкой (1,52 эВ) запрещенной зоной, что, как известно, приводит к непараболичности закона дисперсии в окрестности Г-точки зоны проводимости в отсутствии магнитного поля. Поскольку нас в основном интересовали состояния в зоне проводимости, мы ограничились приближением узкой запрещенной зоны. В этом приближении, выбрав в качестве периодических частей Un0(г) базиса Люттингера собственные функции зонного гамильтониана с учетом спин-орбитального взаимодействия в точке k=0, а затем вводя в гамильтониан операторы рождения и уничтожения осцилляторных состояний, для калибровки А=(0,Нх,0) мы получили систему уравнений на коэффициенты BNn(ky,,kz) разложения огибающих функций Fn (r) (, где Ψ - искомая волновая функция) по набору

и {exp(i(kyy +kzz))Φ(x)}, где N(х)}- собственные функции гармонического осциллятора, колеблющегося с циклотронной частотой (ω=еН/(m-масса свободного электрона)). В указанном представлении гамильтониан системы представляет собой бесконечную по индексу N матрицу, составленную из 8×8 блоков, соответствующих суммированию по зонному индексу п. Для нахождения спектра и коэффициентов использовано два подхода: расчет по теории возмущений с предварительной диагонализацией невозмущенного гамильтониана в точке k ≠ O и точная диагонализация магнитного гамильтониана, основанная на найденной связи между различными осцилляторными состояниями. где СN - известная 8х8 матрица, вычисляемая при помощи рекуррентной процедуры. Интересно отметить, что согласно последнему подходу связанными оказываются лишь ближайшие четыре осцилляторных состояния. Закон же дисперсии в обоих случаях оказывается нелинейным как по магнитному полю Н, так и по номеру N.

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук, проф. Г.Ф. Караваев

 

 

ИЗУЧЕНИЕ ФЛУКТУАЦИЙ КОНЦЕНТРАЦИИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ МЕТОДОМ РЕЛЕЕВСКОГО СВЕТОРАССЕЯНИЯ

Б.С. Османов

Самаркандский государственный университет

Исследования интенсивности релеевского изотропного рассеяния света в водных растворах спиртов выявили дополнительный максимум рассеяния при малом содержании спирта в растворе (0.03-0.15 мольной доли) [1], который был интерпретирован особенностями структуры воды. В дальнейшем это явление было обнаружено и в других водных системах с диоксаном, этиленгликолем, тетрагидрофураном и др. Ряд авторов работ, изучая это явление различными методами, пришли к заключению, что при растворении неэлектролита в воде происходит ломка ажурной структуры воды, создающая благоприятные условия для формирования гидратных клатратов двух типов: обогащенных молекулами неэлектролита и обогащенных молекулами воды. При равновесии между этими двумя типами гидратных клатратов и возникают заметные флуктуации конценграции, названные структурными флуктуациями концентрации в отличие от обычных термодинамических тепловых флуктуаций концентрации.

Предпринята попытка выяснить, есть ли такие флуктуации в водных растворах карбоновых кислот. Исследованы системы уксусная кислота + вода и пропионовая кислота + вода. Измерение интенсивности изотропного рассеяния света проводилось на установке, описанной в работе [2], с точностью 6%. Измерения проводились относительно эталонных жидкостей

Полученные результаты показали, что в системе уксусная кислота + вода при 200С наблюдаются два максимума интенсивности изотропного рассеяния при содержаниях 0,06 и 0,12 мольной доли уксусной кислоты. При увеличении температуры до 800С первый максимум при 0,06 мольной доле уменьшается незначительно, а второй при 0,12 мольной доле сильно уменьшается. В системе пропионовая гяслота+вода. наблюдается максимум при 0,02 мольной доле кислоты.

Полученные результаты показывают, что в системах карбоновая кислота + вода наблюдается дополнительный максимум светорассеяния, вызванный структурными флуктуациями концентрации, который вызван, на наш взгляд, разрушением ажурной структуры воды и образованием гидратных клатратов в этих растворах.

 

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Букс М.Ф. Рассеяния света в газах, жидкостях и растворах. Л.:ЛГУ, 1977.

2. Фаязутшаев Ш.Ф.// Тр. СамГУ. Самарканд, 1978.Вып366

Научный руководитель д-р. физ.-мат. наук, проф. А.Жумабаев

Аномальная диффузия и дрейф в электрическом поле в неоднородных средах

К.В. Кондратенко

Бурятский государственный университет

К настоящему времени нет единой теории, описывающей физические процессы происходящие в неоднородных упорядоченных средах. Поэтому исследования ведутся на различных моделях, которые, описывая свойства реальных систем, позволяют получать результат аналитическим путем. Одной из таких моделей является гребешковая структура, описывающая наличие тупиков в случайных протекательных путях. Гребешковая структура представляет собой бесконечную ось и прикрепленные к ней ребра конечной или бесконечной длины. В работе [1] рассмотрена диффузия в этой модели с бесконечными длинами ребер и было показано, что среднеквадратичное смещение случайного блуждания вдоль оси структуры пропорциональна квадратному корню по времени, а вероятность возврата в точку начала блуждания обратно пропорционально t3/4 . Было получено уравнение диффузии для плотности частиц на оси структуры, содержащей дробную производную по времени порядка 1/2. При диффузии в электрическом поле скорость дрейфа частиц V ~ t-1/2. В работе [2] исследована диффузия по структуре с конечными длинами ребер и отражающими граничными условиями. Для плотности частиц на оси структуры получено уравнение в представлении Лапласа-Фурье и показано, что на малых временах диффузия имеет аномальный характер, а на больших получается уравнение обычной диффузии с коэффициентом диффузии, зависящим от длины ребра.

В данном докладе изучены дрейф по гребешковой структуре с конечной длиной ребра и отражающими граничные условия в поле направленном вдоль оси структуры, диффузия и дрейф по структуре с поглощающими граничными условиями, а также диффузия по гребешковой структуре с различными длинами ребер.

На структуре с отражающими граничными условиями скорость дрейфа на малых временах V ~ t-1/2, а на больших V ~ const , где константа зависит от длины ребра. Получен оператор временной эволюции для задачи с поглощающими граничными условиями явно зависящий от длины ребра. На малых временах оператор равен оператору аномальной диффузии. На больших временах получена функция Грина, которая имеет вид функции Грина для обычной диффузии умноженной на ехр(— 3D2t/L), что отражает явление поглощения частиц на концах ребер. При изучении дрейфа установлено, что асимптотическое поведение скорости дрейфа соответствует скорости в задачи с отражающими граничными условиями.

При рассмотрении задачи с несколькими длинами ребер установлено, что кроме обычной и аномальной диффузии на промежуточных временах возможно убывание частиц релаксационным образом. Это отражает тот факт, что часть частиц, заходя в длинные ребра не успевает на этих временах вернуться на ось.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1.Архинчеев В.Е., Баскин Э.М. //ЖЭТФ, 100,292(1991)

2.Архинчеев В.Е. //ЖЭТФ, 115 , 1 (1999)

Научный руководитель - канд. физ.-мат. наук В.Е. Архинчеев

Примесная фотопроводимость GaP<Cu>

В.А. Буслов

Воронежский государственный технический университет

Abstract. The impurity photoconductivity GaP<Cu> excited by modulated light with the quantum energy of 0.55 eV in presence of nonmodulated light with the quantum energy of 1 eV was investigated in present work. The influence of nonmodulated light with the quantum energy of 1 eV stimulates the reconstruction of the copper centers B+ (EV+0.6¸ 0.8 eV) into centers A- ( EV+0.55 eV) and leads to increasing of the impurity photoconductivity signal caused by modulated light with the quantum energy of 0.55 eV.

Известно, что медь в полупроводниковых соединениях А3В5 является одной из основных неконтролируемых примесей. Практическое применение GaP<Cu> связано с наличием у него высокой чувствительности к излучению в коротковолновой части видимого диапазона спектра, что связывается с наличием у примеси меди в запрещенной зоне глубокого уровня с большой асимметрией сечений захвата для электронов и дырок. Целью работы было изучение фотоэлектрических свойств центров Cu в GaP. В фосфиде галлия, компенсированном при помощи диффузии меди при температуре 900¸ 930 0С были получены аномально длительные кинетики релаксации инфракрасного гашения собственной фотопроводимости (ФП), сходные с полученными ранее ми [1]. Так же на этих образцах были получены спектры ФП, содержащие дополнительный максимум в области фундаментального поглощения [2]. Все эти особенности связываются с тем, что между центрами меди А- (ловушка для дырок, EV+0.55 эВ) и В+ (центр рекомбинации, EV+0.6¸ 0.8 эВ) [3] при наличии дополнительных свободных носителей может протекать квазихимическая реакция типа pVB+A-« B++eCB [4]. Для подтверждения этой гипотезы проводится изучение примесной ФП. Выяснилось, что дополнительное освещение образца немодулированным светом с энергией квантов » 1эВ приводит к значительному увеличению синхронно детектируемого сигнала ФП, вызванного модулированным светом с энергией квантов 0.55 эВ. Это объясняется тем, что при возбуждении электронов квантами немодулированной подсветки на уровень В+ равновесие в приведенном выше уравнении кавзихимической реакции смещается влево, в сторону исчезновения центров В+ и образования центров А-. Это приводит к увеличению сигнала связываемого с уровнем меди А-. Для дальнейшего изучения обнаруженных эффектов будут проведены эксперименты, выясняющие влияние немодулированной дополнительной подсветки на связанную с уровнями меди примесную ФП GaP<Cu> и на кинетику релаксации примесной ФП.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

1. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. М.: Мир. 1977.

2. Прибылов Н.Н., Рембеза С.И., Спирин А.И., Буслов В.А., Сушков С.А.// Тр. международной конф. Оптика полупроводников (OS-98). Ульяновск, 1998. C.147,148.

3. Grimmeiss H.G., Monemar B., Samuelson L.// Solid State Electronics.1978. V.21. P.1505-1508.

4. Прибылов Н.Н., Рембеза С.И., Спирин А.И., Буслов В.А., Сушков С.А.// ФТП.1998. Т.32. №10. С.1165-1169.

Научный руководитель – д-р. физ.-мат. наук., проф. С.И. Рембеза

Масштабная инвариантность в теории перколяции

и фракталы

Г. М. Энтин

Новосибирский государственный университет

Исследовались две постановки модели для задачи протекания, сводящиеся к рекуррентному соотношению.

Для вероятности перколяции на d-мерной квадратной решетке обычно используется следующее ренормгрупповое соотношение [1]:

.

Оно является частным случаем отображения Мандельброта, фрактальные свойства которого на комплексной плоскости хорошо известны. На действительной оси оно экспоненциально стремится к Q (p-pc) при n ®  µ где pc – порог перколяции. Отображение имеет 2n нулей. На комплексной плоскости фрактальная структура образуется бассейнами притяжения натянутыми на нули отображений. Была найдена зависимость размера бассейна притяжения от n. Можно предложить физическую интерпретацию бассейнов притяжения как поля электростатических зарядов, помещенных в нули pn.

В работе также исследовались иерархические системы, построенные из импедансов. В работе [2] было обнаружено, что в случайной среде, построенной из активных элементов, электрическое поле может сильно флуктуировать. Было показано, что в случае малых реальных потерь даже у регулярных структур наблюдаются аномально сильные флуктуации свойств. В частности, система (рис.2) обладает дискретным спектром резонансных частот. На рис.3 показан импеданс цепочки после десяти итераций как функция начального импеданса. Кроме того, было показано, что распределение расстояний между соседними резонансными частотами подчиняется степенному закону, что противоречит модели Дайсона для случайных матриц.

[1] Сарычев А. К. // ЖЭТФ 72, 1001 (1977).

[2] Brouers F.  and others. In Electrical Transport and Optical Properties of inhomogeneous media. M.: SCAPE, 1996. p.46.

Научный руководитель - канд. физ.-мат.наук. Э. М. Баскин

КВАНТОВЫЕ ПОПРАВКИ К ПРОВОДИМОСТИ ДВУМЕРНОЙ

СИСТЕМЫ В НЕОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

М. М. Махмудиан

Новосибирский государственный университет

Исследуются квантовые поправки к проводимости 2D электронной системы в неоднородном магнитном поле. Неоднородное магнитное поле получается если поместить 2D систему в виде лестницы в однородное магнитное поле, где магнитное поле на разных участках 2D системы имеет разную нормаль к плоскости двумерного электронного газа (Рис. 1).

Рис. 1: 2D-система в виде лестницы в продольном магнитном поле.

Рассматривается случай, когда магнитное поле направлено вдоль ступенек и соответственно имеет нормальную компоненту только в участках ширины . Высота ступенек считается малой по сравнению с их длиной (<< ). Решается уравнение Шредингера для куперона, частицы с зарядом 2e и "массой" 1/2D, в периодическом магнитном поле в виде ступенек малой ширины. В пределе >> , где - магнитная длина куперона, получены квантовые поправки

где

Здесь - длина фазовой когерентности (D - коэффициент диффузии и t j - время сбоя фазы электронов).

При h 0 <<1

При h 0 >>1

Научный руководитель - анд.физ.-мат. наук М.В.Энтин

 

СОДЕРЖАНИЕ

А.А. Борисов *

И.С. Бычек *

Е.В. Григорьев *

В.Н. Корнилов *

Р.И. Тимшанов *

В. В. Анисимов, В. П. Демкин, И. А Квинт, С. В. Мельничук, Б.С. Семуин *

П.А. Иванов *

Д.В. Усольцев *

А.Ю. Смирнов *

О.Л. Белобородова *

В.С. Яковлев *

К.Б.Алкалаев *

М.Ю. Барняков *

А.А. Дроздецкий *

А.Е.Шер *

О.В. Логинова *

А. В. Иванов *

И.П. Сусак, Л.В. Гриценко *

В.А. Долгушев *

Г.А. Кукарцев *

А.О. Полуэктов *

И.Н. Попков *

К.Ю Тодышев *

А.С. Захаров *

А.В. Богомягков, Е.В. Кремянская, Ю.А. Пахотин *

Д.Ю. Голубенко *

П. Кудрявцев *

П. Сидоров, С. Шипулина *

М.А. Бизин *

Д.А.Диденков *

Д.И. Ганюшин *

О.Б. Голубенко *

Н.В. Головкина *

А. В. Иванов *

М. В. Кузнецова *

Д.В .Лосев *

В.В. Негруль *

С.А. Павлов *

С.А. Петров *

И. А. Полей *

С.Э. Шипилов *

С.А. Славгородский *

А.И. Заревич, С.А. Майдановский *

В.Ю. Зорин *

А.Н. Епифанцев *

Ю.С. Скворцов *

В.Г. Анисимов, А.Н. Буйлов, А.О. Окунев *

О. В. Анисимов *

В.В. Бакин *

М. В. Басенко *

П.С.Бондаренко, К.А. Грабaров *

С.Г. Бондаренко *

Е. А. Боровая *

П. А. Божко *

А.Н. Буйлов, А.О. Окунев, В.Г. Анисимов *

Р.Ю. Чагров *

М.Ф. Филатов *

А.И. Госсен *

В.Ю. Грицык, А.А. Романов *

Д.В. Григорьев *

В.Б. Иволгин *

Д.В. Киланов *

С.С. Косолобов *

Е.К. Круогла *

Н.А. Кракотец, Д.Г. Стовбур *

И.Н. Лебедев *

О.В. Лилик, Л.С. Окаевич *

Литвинов Александр Николаевич *

К.Б. Михайленко *

С.С. Николаев *

А.О. Окунев, А.Н. Буйлов, В.Г. Анисимов *

Д.А. Петраков *

И.Ю. Полтавец *

А.В. Помогаева *

А.А.Попов *

Е.Н. Прыкина *

Ю.Ю. Проскуряков *

М.Г. Раджабова *

А.Н. Разжувалов *

Е. С. Рылова *

А.Г. Сапун *

А.В. Савельев, Д.В. Терин *

В.Н. Савенко *

А.А. Ошлаков, В.А. Журавлев *

Д.К. Шабанов *

Д.В.Щеглов *

С.А. Шульга *

А.Л. Соколов *

О.А.Василенко *

А.И. Волков *

А.Л. Юдин, А.В. Дробот *

В.А.Черепанов *

А.Ю. Захаров, В.А. Чернышев *

Ю. В. Кострубов *

Л.А. Козяк, Е.Г. Кустиков *

Л.А. Козяк, С.В. Сморкалова *

М. Ю. Захаров *

А.Ю. Кобицкий *

А.В. Ненашев *

А.В.Юрченко *

О.В. Руденко *

Б.С. Османов *

К.В. Кондратенко *

В.А. Буслов *

Г. М. Энтин *

М. М. Махмудиан *

 

 

 

____________________________________________________________

Подписано в печать 8.04.1999 Формат 60х84/16

Офсетная печать Уч.-изд. л.7

Заказ № Тираж 170 экз.

____________________________________________________________

Лицензия ЛР № 021285 от 6 мая 1998

Издательский центр Новосибирского университета;

630090, Новосибирск-90, ул. Пирогова, 2