Статья: Численные алгоритмы расчета объемного заряда, создаваемого интенсивными пучками заряженных частиц (2018)

Рассматривается способ реализации активно-импульсного видения на основе ПЗС-фотоприемника со строчным переносом без использования электронно-оптического преобразователя, традиционно применяемого в активно-импульсных приборах в качестве быстродействующего затвора. Реализация активно-импульсного метода наблюдения достигается путем использования двухсекционной структуры ПЗС-фотоприемника и особым управлением переносом накапливаемых зарядов.

Исследована акустооптическая (АО) брэгговская дифракция многоцветного излучения, генерируемого Ar-лазером в сине-зеленой области спектра, на акустической волне, распространяющейся в кристалле ниобата лития. Показано, что, с точки зрения фазового синхронизма оптических лучей с одной акустической волной, ниобат лития существенно превосходит широко используемый на практике парателлурит при частотах модуляции менее 80 МГц, где парателлурит вносит сильные искажения. Выполненные эксперименты по импульсной модуляции оптического излучения Ar-лазера на частоте звука 56 МГц подтвердили теоретические выводы.

Современные технологические операции в микроэлектронике, интегральной фотонике, а также в современных биомедицинских исследованиях требуют прецизионных измерений геометрических и диэлектрических параметров наноразмерных слоёв. В некоторых случаях из-за специфики формирования нанометровых слоёв, заключающейся в островковом (кластерном) механизме роста на начальных стадиях, использование традиционных оптических методов не позволяет получить объективную информацию. Настоящая статья посвящена исследованию метода контроля параметров формирования кластерных нанометровых плёнок с помощью плазмонной спектроскопии.

Методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа исследованы состав и структура порошков гематита из хвостов обогащения окисленной железной руды после её измельчения в аттриторе. При проведении исследований порошок крепился на углеродный скотч и исследовался без напыления на него проводящей плёнки. Качественный анализ порошка на наличие примесей проводился с использованием сигнала отражённых электронов, а количественная оценка соотношения химических элементов в исходном сырье проведена с использованием локального рентгеноспектрального микроанализа. С помощью рентгеноспектрального микроанализа установлен элементный состав примесей в образце (Na, Mg, Si, Ca), а с помощью мёссбауэровской спектроскопии – фазовый состав железосодержащих примесей (магнетит, эгирин, оливин). Сделан вывод, что природный гематит с выявленными примесями может использоваться для синтеза замещенных Ва-Са и Sr-Ca гексагональных ферритов. Присутствие в гематите включений эгирина, содержащего натрий, может оказать положительное влияние на выращивание кристаллов BaFe12O19 и SrFe12O19 из раствора на основе Na2O.

С использованием уравнения изотермы поверхностного натяжения (ПН), предложенного авторами, описана экспериментальная изотерма ПН бинарной системы Mn-Si. При этом исходную систему Mn-Si разбивали на составляющие основную систему вторичные: Mn-Mn5Si3, Mn5Si3-MnSi и MnSi-Si. Каждая вторичная система обрабатывалась по методике, предложенной авторами на основе уравнения изотермы ПН, и найдены соответствующие вторичным системам константы обмена частицами Fi = 0,52; 5,15;1,75 поверхностного слоя расплава с его объемом и постоянные вторичных систем βi = –333; 18,5; –556 мН/м, где i = 1, 2, и 3 – соответствует порядковому номеру вторичной системы. При этом для жидких марганца, кремния, Mn5Si3 и MnSi полагали ПН равными 1120, 1130, 1010 и 740 мН/м соответственно. Подстановка этих параметров в уравнение изотермы ПН позволяет описать экспериментальную изотерму ПН с ошибкой в среднем не более 1 %. Далее проводится расчет адсорбции компонентов раствора Mn5Si3, MnSi и Si через параметр Fi в приближении реального раствора по формуле В. К. Семенченко. Такая методика расчета адсорбции компонентов системы Mn-Si показала, что изменение ПН расплава однозначно определяется адсорбцией молекулярных образований Mn5Si3, MnSi и атомов Si в растворах бинарной системы Mn-Si. Показано, что молекулы Mn5Si3 поверхностно-инактивны по отношению к жидкому Mn, а молекулы MnSi поверхностно-активны по отношению к расплавленному химсоединению Mn5Si3, но инактивны по отношению к Si.

Применение современных экспериментальных методов (ультрамалоуглового рассеяния рентгеновских лучей и малоуглового рассеяния нейтронов) показало, что углеродные нанотрубки в суспензиях и полимерной матрице нанокомпозитов образуют кластеры, аналогичные макромолекулярным клубкам полимерных цепей. Эта аналогия позволяет использование хорошо разработанных и опробированных методов физической химии (в том числе и фрактальной) для описания структуры указанных кластеров, которая является определяющим фактором в формировании свойств нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки. Анализ структуры этих кластеров (кольцеобразных формирований) углеродных нанотрубок в полимерной матрице нанокомпозитов полипропилен/углеродные нанотрубки (нановолокна) показал, что они могут быть аналогами макромолекулярных клубков как линейных, так и разветвленных полимерных цепей, что определяется фрактальной размерностью кластеров. Граничным условием реализации того или иного типа кластеров является достижение критерия их протекаемости или фрактальной размерности кластера, равной 1,50: если эта размерность 1,50, то кластеры являются аналогом линейных полимерных цепей, а при размерности >1,50 – разветвленных. При одинаковом содержании нанонаполнителя аналоги линейных цепей позволяют получить более высокую степень усиления (модуль упругости) нанокомпозитов, чем аналоги разветвленных. В первую очередь это обусловлено более высоким уровнем межфазной адгезии полимерная матрица – нанонаполнитель для первого типа кластеров углеродных нанотрубок (нановолокон) по сравнению со вторым. Предложены уравнения, позволяющие количественную оценку степени усиления рассматриваемых нанокомпозитов на основе только степени разветвленности кластеров и содержания нанонаполнителя, которые показали хорошее соответствие с экспериментальными данными.

Проведено исследование влияние атомов вольфрама на электрофизические и фотоэлектрические свойства кремния n-типа проводимости, легированного золотом. В результате легирования кремния золотом в присутствии вольфрама были обнаружены следующие энергетические уровни: уровень прилипания Е = Еc – (0,230,02) [эВ], связанный с вольфрамом, и уровень прилипания Е = Еc – (0,130,01) [эВ], связанный с комплексом вольфрам+вакансия. В серии образцов кремния, легированном золотом, в отсутствие вольфрама были найден уровень прилипания Е = Еc – (0,160,02) [эВ], связанный с комплексом кислород+вакансия. В образцах кремния после диффузии золота без вольфрама величина удельного сопротивления выросла на 2 порядка благодаря созданию центров компенсации золота, а в присутствии вольфрама удельное сопротивление увеличилось на 3 порядка, что свидетельствует о создании дополнительных энергетических центров, связанных как с золотом, так и с вольфрамом. Соответственно времена нестационарной релаксации фотопроводимости значительно уменьшились до величин 0,1–10 мкс из-за создания дополнительных центров рекомбинации и уровней прилипания.

Разработана модель расчета характеристик многослойных гетероэпитаксиальных структур на основе тройных твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) из спектров отражения. Реализованная модель основана на анализе прохождения излучения через многослойную структуру с учетом как переходов между слоями, так и поглощением излучения каждым эпитаксиальным слоем. Проведен расчет характеристик эпитаксиальных слоев, входящих в состав многослойных структур КРТ, выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии, жидкофазной эпитаксии и осаждением металлоорганических соединений из газовой фазы. Результаты исследования показали эффективность разработанного метода благодаря расчету состава и толщин эпитаксиальных слоев КРТ с повышенной точностью.

В данной работе исследованы фотоэлектрические характеристики матричных фотоприемных устройств видимо-слепого ультрафиолетового диапазона спектра. Измерена зависимость соотношения сигнал/шум от времени накопления и напряжения смещения на фотодиодах фотоприемного устройства, измерены вольт-амперные характеристики фотодиодов. Сделан вывод о преобладании шумов БИС считывания над шумами фоточувствительных элементов. По результатам исследования выяснено, что для получения наилучшего соотношения сигнал/шум необходимо использовать максимально возможные времена накопления и напряжение смещения. Используемый метод измерения вольт-амперных характеристик после стыковки с БИС считывания позволил измерить темновые токи отдельных фотодиодов. Их характерный уровень составил 410-15 А.

Представлены результаты спектроскопического исследования начального участка сверхзвуковой плазменной струи, формируемой импульсным разрядом в капилляре из углеродсодержащего полимера. Зарегистрированные с высоким временным (1–50 мкс) и пространственным (30–50 мкм) разрешением излучательные свойства высокотемпературного ядра струи (интенсивность и контур бальмеровских линий Hα и Hβ, относительные интенсивности ионных линий C II) позволили выявить особенности продольного распределения плотности и температуры электронов, вызванные неизобаричностью начального участка струи при сверхзвуковом ее истечении.

Представлены экспериментальные данные о параметрах плазмы и о составе газообразных продуктов при обработке пленки поликарбоната в плазме пониженного давления (50–300 Па) в кислороде. Анализ газовой фазы проводили методами эмиссионной спектроскопии и массспектрометрии. При различной площади обрабатываемого материала измерена напряженность электрического поля и температура газа на оси разряда, мольные доли продуктов деструкции полимера. Рассчитана функция распределения электронов по энергиям. Показано, что с увеличением площади обрабатываемого материала в реакторе изменяется приведенная напряженность электрического поля, температура газа, средняя энергия электронов и коэффициенты скоростей процессов с участием электронов.

Приведены результаты измерений средней скорости истечения плазменной струи, получаемой при помощи малогабаритного магнитоплазменного компрессора (МПК) с низковольтной системой питания. Определены зависимости скорости от давления газа, расстояния от торца плазмотрона и амплитуды тока разряда. Показано, что при давлениях ≲ 50 Торр скорость практически не меняется на расстоянии 5–25 мм от торца плазматрона. Выяснено, что скорость плазменной струи возрастает прямо пропорционально величине разрядного тока.

Предложено новое описание распределения энергии заряженных частиц в эксперименте по облучению газовых D–T-мишеней мощным лазерным излучением. Используется ранее введенный авторами класс трехпараметрических функций, в основной части совпадающих с Больцмановским экспоненциальным распределением, а в асимптотической – со степенной (гиперболической) функцией. Результатами работы является уточнение эффективной температуры тепловой части распределения, а также и более точное определение количества высокоэнергетических частиц в его асимптотической части.

В рамках решения нерелятивистской электродинамической задачи получены формулы для тангенциальной диссипативной силы (силы электростатического трения) аксиальносимметричного зонда, движущегося параллельно плоской поверхности однородных пластин, или покрытых тонкими пленками пластин с различным сочетанием диэлектрических свойств. Разработаны численный алгоритм и программа расчета силы электростатического трения. В качестве примера вычислены силы трения металлического шарика вблизи металлической поверхности при фиксированной разности потенциалов между ними. Сравнение рассчитанных сил трения с экспериментальными значениями диссипативных сил в условиях электростатического взаимодействия обнаруживает расхождение на 8 порядков величины в меньшую сторону, как и в теоретических оценках других авторов. Зависимость силы трения от расстояния до поверхности аналогична наблюдавшейся в эксперименте.