Прикладная физика

Экспериментально и методом компьютерного моделирования исследовано влияние коэффициента заполнения положительной полярности импульса знакопеременного прямоугольного удерживающего напряжения на траектории колебаний заряженных микронных диэлектрических частиц в линейной квадрупольной ловушке в воздухе при атмосферном давлении. Обнаружено, что при изменении коэффициента заполнения положительной полярности прямоугольного импульса при постоянных частоте и амплитуде сигнала меняется угол наклона траекторий частиц в поперечном сечении ловушки. При уменьшении заполнения менее 50% или при увеличении заполнения более 50 % меняется диагональ наклона траектории микрочастиц в квадрате поперечного сечения. Обнаруженный экспериментально эффект поворота наклона траекторий микрочастиц согласуется с результатами компьютерного моделирования для одиночной частицы. Обнаруженный эффект можно использовать для управления одиночными частицами и кулоновскими системами заряженных частиц, для определения новых областей устойчивости движения микрочастиц, а также при разработке квантовых компьютеров на основе квадрупольных ловушек.

Методом Particle Image Velocimetry (PIV) с высокими пространственным и временным разрешениями исследовано формирование и эволюция течения в воде с проводимостью 5 мкСм/см вблизи электрода под действием импульса напряжения микросекундной длительности. Движение воды на ранних временах после подачи импульса (от 2 мкс) происходит от поверхности иглы. Тонкая струя у кромки цилиндра, направленная по диагонали от поверхности, появляется около 64 мкс. Вовлечение в нее жидкости из-под торца, приводит к развороту течения и формированию одного из нескольких сопутствующих струе вихрей. Результаты моделирования согласуются с наблюдаемой картиной течения и позволяют сделать выводы о распределении силы, действующей со стороны электрического поля, и результирующего давления в жидкости. Наличие области, в которой вектор силы меняет направление, приводит к смещению струи от своего первоначального направления в сторону под торец. Рассчитанные размеры и положение вихря с разумной точностью совпадают с зафиксированными в эксперименте.

Экспериментально и методом компьютерного моделирования исследованы спектры резонансного рассеяния на основной магнитной моде субволновых линейных структур из двух непараллельных диэлектрических плоских тонких колец, расположенных вдоль волнового вектора и возбуждаемых падающей плоской электромагнитной волной СВЧ-диапазона. Обнаружено, что в амплитудно-частотном спектре в области резонанса магнитного поля внутри системы из двух колец возникает резкий провал на резонансной частоте одиночного кольца при наклоне плоскостей колец относительно друг друга. При параллельных плоскостях колец резонансный провал не регистрируется. Обнаруженный эффект можно использовать при монтаже нескольких колец для контроля их плоскостей или для создания диагностики отклонения на малые углы.
 

Представлены экспериментальные результаты по формированию сварных соединений стекла и кремния при воздействии лазера с длительностью импульса 230 фс. Приведены результаты по измерению геометрии сварных швов соединения стекло-кремний. Установлено, что при увеличении скорости сварки от 30 до 70 мм/с увеличивается ширина сварного шва от 100 до 180 мкм, в то время как глубина сварного шва уменьшается от 100 до 80 мкм. Определено, что стабильное формирование соединения стекло-кремний образуется при энергии импульса в диапазоне от 10 до 17 мкДж. В ходе проведения работы исследована зона перехода стекло-кремний с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Определено, что в зоне перехода образуются прочные связи стекла и кремния в результате диффузии химических элементов обоих материалов.
 

В работе представлены результаты исследования процесса микродугового оксидирования с добавкой фосфатов кальция для стимуляции эффективности  интеграции в кость титановых мембран. Образцы покрытий были проанализированы с использованием рентгенофазового анализа и рентгеновской флюоресценции. In vivo оценка эффективности интеграции проведена с применением лабораторных животных, путём микрокомпьютерной томографии и гистологии. В результате продемонстрировано, что использованная методика имела положительный эффект по сравнению с необработанными мембранами, что выражалось в стимуляции образования костного регенерата от краев дефекта при практически полном отсутствии воспаления.

Экспериментально исследуются свойства газожидкостной смеси трансформаторное масло–элегаз на предмет электрических изоляционных и демпфирующих свойств.
При прохождении волны сжатия по такой среде ее интенсивность значительно уменьшается за счет изменения сжимаемости среды и уменьшения скорости распространения, что может быть применено при решении задач уменьшения последствий электрического пробоя высоковольтного маслонаполненного электрооборудования. Использование трансформаторного масла в смеси с элегазом приводит к снижению электрической прочности, однако остается приемлемой в рамках объемного газосодержания менее 1 %. Для определения столь малых значений в работе предложен акустический метод определения газосодержания при его величине, существенно меньшей 1 %.

Методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках InSb(100) получена барьерно-диодная (nBn) структура с униполярным барьером In0,8Al0,2Sb. Кристаллическое совершенство структуры и её соответствие номинально заложенному дизайну подтверждено с помощью рентгеноструктурного анализа. Электронная подсистема полученной nBn-структуры охарактеризована с помощью измерений микроскопии растекания тока на сколе (011).

В широком диапазоне температур проведено исследование механизмов формирования темнового тока и фототока в nBn-структуре на основе n-HgCdTe, выращенной
методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), со сверхрешеткой в барьерной
области. Исследовано влияние различных уровней постоянной подсветки на электрические характеристики структур. Проведен анализ поведения объемной компоненты тока JB и компоненты тока поверхностной утечки JS при различных напряжениях смещения и температурах. Исследование показало сильную зависимость плотности темнового тока от температуры. Продемонстрировано существенное влияние
постоянной подсветки ИК-светодиодом на значение плотности тока. Показано доминирование компонент тока JB над JS во всём исследованном диапазоне напряжений смещения и температуры.

Рассматриваются параметры лавинных фотодиодов Ge/Si с наноотверстиями для захвата фотонов на длине волны 850 нм. Предложенная конструкция лавинного фотодиода Ge/Si с массивом наноотверстий позволяет значительно увеличить коэффициент усиления, полосу пропускания и коэффициент поглощения. Было продемонстрировано, что можно улучшить эффективность поглощения оптической мощности фотодетектором без ущерба для коэффициента усиления и быстродействия устройства. Результаты работы могут быть использованы для разработки технологии молекулярно-лучевой эпитаксии по созданию лавинных фотодиодов Ge/Si с использованием структур для захвата фотонов с высоким коэффициентом усиления, быстродействием и коэффициентом поглощения. Полученные результаты могут быть применены в ряде направлений исследований, таких как микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции, позитронно-эмиссионная томография, системы квантовой связи, а также  в лидарных технологиях.

Приведено исследование перспективного метода прецизионной обработки пластин монокристаллического кремния, который помогает решить проблему дефектообразования при создании контактного слоя Cr-Au ввиду недостаточно малой шероховатости поверхности.

Описана конструкция и принцип работы импульсного источника протонов на основе отражательного разряда типа Пеннинга с холодным полым катодом. Газоразрядные системы с полым катодом, имеющие малую входную апертуру, обеспечивают формирование неоднородной плазмы с повышенной плотностью на оси разрядной камеры и в области эмиссионного электрода и при этом отличаются относительно низким напряжением горения. Такая разрядная система в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к генераторам плазмы для источников пучков заряженных частиц с высокой плотностью тока. Приведены результаты исследований по влиянию ключевых параметров разрядной системы: давления рабочего газа, магнитной индукции, геометрии полого катода на разрядные и эмиссионные характеристики

Вирус табачной мозаики (ВТМ) использовали в качестве модельного объекта при раз-
работке метода модификации поверхности подложек из слюды, предназначенных для
исследования белок-содержащих частиц нанометрового размера методом атомно-
силовой микроскопии (АСМ). Модификацию поверхности осуществляли методом
магнетронного напыления золота в разряде постоянного тока в аргоне с использова-
нием хрома в качестве материала адгезионного слоя. Адсорбцию ВТМ проводили при
pH 7,4 на трех типах подложек: высокоориентированном пиролитическом графите
(ВОПГ), слюде, модифицированной 3-аминопропилтриэтоксисиланом (АПТЭС), и
слюде с золотым покрытием, сформированным методом магнетронного напыления.
ВОПГ использовали в качестве эталонной подложки. В случае слюды, покрытой зо-
лотом, количество связанных с поверхностью вирусных частиц было примерно в де-
сять раз больше, чем в случае слюды, модифицированной АПТЭС. Высота частиц
ВТМ на слюде, модифицированной АПТЭС, была ниже, чем на ВОПГ и на слюде, по-
крытой золотом. Предложенная методика может быть полезна при разработке био-
сенсорных устройств и при исследовании единичных частиц различных вирусов.

Исследована частотная зависимость энергии и тока ионов на выходе из ВЧ источника плазмы, имеющего геометрию СПД. Показано, что энергия ионов максимальна при работе на частоте 6,8 МГц. Увеличение рабочей частоты сопровождается падением энергии ионов. Ток ионов немонотонно зависит от частоты. При частотах менее 27,12 МГц рост энергии ионов сопровождается падением тока, а падение энергии ростом тока. Увеличение частоты до 27,12 МГц не приводит к росту ионного тока

Измерено распределение интенсивности свечения второй положительной системы азота по высоте в разряде с жидким электролитным катодом при атмосферном давлении в воздухе. Показано, что интенсивность свечения второй положительной
системы азота имеет абсолютный максимум вблизи металлического электрода,
сопоставимый по интегральной интенсивности свечения с интегральной интенсивностью свечения всего остального разряда. Показано, что интенсивность свечения вблизи металлического электрода зависит от состава раствора при разрядном токе более 60 мА. При этом, вблизи металлического электрода вращательная и колебательная температуры, определённые по второй положительной системе азота, не зависят от состава раствора. Вращательная температура монотонно растёт с ростом разрядного тока, а колебательная остаётся практически постоянной.