Статья: НАПРЯЖЕНИЯ В ПЛЕНКАХ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ, НАПЫЛЕННЫХ ИЗ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ: РЕЗУЛЬТАТЫ АТОМИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ (2024)

Выполнен анализ воздействия высокоэнергетических протонов космического излучения на бортовую электронику космического аппарата. Показано, что протоны могут вызывать ядерные реакции с атомными ядрами материала электроники. Остаточные ядра, образующиеся в результате ядерной реакции, обладают достаточно высокой энергией для пересечения чувствительных областей нескольких битов электроники, а высокая ионизирующая способность ядерных фрагментов позволяет сгенерировать избыточный заряд носителей, превышающий критический заряд для реализации сбоя одновременно в нескольких битах электронного устройства.

На примере трехмерной модели геодинамо показано, что при небольших амплитудах тепловых источников во время инверсий и экскурсов геомагнитного поля наблюдается затухание не только дипольного магнитного поля, но и поля высоких гармоник. При таком сценарии магнитосфера Земли может быть существенно меньше, чем ожидалось ранее, а количество проникшей на Землю радиации, соответственно, больше.

В работе представлен прототип инфракрасного фотометра, созданный в ГАИШ МГУ на базе коммерческого светочувствительного модуля Gavin-615A. Основной спектральный рабочий диапазон фотометра 3-5 мкм. Исследования детектора фотометра показали, что его параметры соответствуют заявленным производителем. Нелинейность детектора не превышает~ 5% во всем диапазоне сигналов, для ее исправления определены коэффициенты корректирующих функций. Дополнительно определены шум считывания RN = 1200 ± 210 e, коэффициент преобразования GAIN = 520 ± 9 e-/ ADU, величина сигнала кадра подложки BIAS = 960.5 ± 2.2 ADU и темновой ток ≈ (9.3 ± 1.1) · 106 e/с, состоящий из суммы темновоготока детектора и излучения входного окна чувствительного модуля и измеренный нами припри температуре входного окна 6◦C. С прибором начаты наблюдения на 2.5-м телескопе Кавказской горной станции МГУ, первые результаты которых приведены в работе. Невиньетированное поле зрения составило 30“. В полосе M при хороших атмосферных условиях достигнуто качество изображения, близкое к дифракционному. За время накопления 20 с с отношением SNR~10 получены изображения звезды с блеском L = 7.96 и M = 6.78. Показано, что при высоком качестве изображений за время накопления 20 с в полосах L и M с SNR=3 можно наблюдать звезды до ~9m и ~8m соответственно. Основной модуль фотометра использовался также при измерениях яркости фона неба.

Уникальный белок Dsup тихоходки Ramazzottius varieornatus увеличивает устойчивость к воздействию радиации и окислительного стресса у различных видов организмов и в культуре клеток человека. Согласно данным моделирования, Dsup образует комплекс с ДНК с межмолекулярным расстоянием ~4 ˚A, в результате чего ДНК меньше повреждается активными формами кислорода, образующимися в ходе воздействия радиации. Однако остается неясной стабильность самого белка Dsup в ходе воздействия на него ионизирующего излучения, что важно для оценки его радиопротекторного потенциала и понимания молекулярных механизмов действия этого белка в условиях высоких доз радиации. В данной работе впервые проведено исследование радиационной деградации белка Dsup после облучения γ-квантами с помощью методов малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) и электрофореза белков в полиакриламидном геле в денатурирующих условиях (SDS-PAGE). Показано, что, в отличие от контрольного белка бычьего сывороточного альбумина, пространственно-структурные характеристики белка Dsup почти не изменяются даже при воздействии высоких доз радиации (5 и 10 кГр), что позволяет говорить о его высокой радиационной стабильности

В работе продемонстрирована система терморегуляции с обратной связью для биосенсоров на основе полевых транзисторов с каналом-нанопроводом, обеспечивающая контроль и поддержание необходимого температурного режима в биоаналитических исследованиях. Элементы системы, включающие полевые транзисторы с каналом-нанопроводом, температурные сенсоры и нагреватели изготавливались на одном чипе с использованием процессов электронно-лучевой литографии, реактивно-ионного травления и высоковакуумного напыления. Разработана и изготовлена специализированная электроника для контроля и поддержания температуры. Проведены измерения зависимости показаний термометров от мощности нагрева, хорошо согласующиеся с результатами численного моделирования. Проведена демонстрация системы терморегуляции с обратной связью, обеспечивающая установление заданной температуры в диапазонеот 30 до 70◦ C за 18 с в жидкостной среде. Демонстрация системы с терморегулятором для детектирования нуклеиновых кислот была проведена с использованием синтетической одноцепочечной ДНК, представляющей собой фрагмент гена бактерии Escherichia coli. Минимально детектируемый отклик наблюдался для образца с концентрацией 3 фМ.

Исследована пространственно-временная динамика плазмы симметричного двухчастотного 81 МГц/1.76 МГц емкостного разряда под действием поля низкой частоты 1.76 МГц. С помощью метода фазово-разрешенной оптической эмиссионной спектроскопии получена динамика интенсивности излучения аргона и ксенона в плазме. Выполнены измерения функции распределения электронов по энергии в центре разряда с помощью зонда Ленгмюра и измерения плотности электронов с помощью СВЧ-зонда. Основным результатом является динамика отношений интенсивности выделенных линий аргона и ксенона в зависимости от разных условий: при давлениях 40, 200 и 400 мТорр, амплитуде напряжения НЧ 100, 200 и 400 В, вложенной мощности на 81 МГц 3 Вт и 15 Вт. Исследована динамика высокоэнергичных электронов на основе двухтемпературной аппроксимации функции распределения электронов по энергии.

Пленки композитов (Сd3As2)100-X(MnAs)X на подложках из кремния и ситалла с концентрацией Mn 5.8-16.4 ат.% были получены методом вакуумно-термического испарения. Структурные свойства пленок исследованы методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Магнитооптические свойства исследовались методом экваториальногоэффекта Керра (ЭЭК) в диапазоне энергий 0.5-4.0 эВ в магнитных полях напряженностью до 3 кЭ при температуре 20-300 К. В геометрии экваториального эффекта Керра получены спектральные, полевые и температурные зависимости ЭЭК. Анализ экспериментальных данных показал, что при содержании Mn более чем 12.9 ат.% пленки содержат α′′-фазу топологического полуметалла Дирака Сd3As2 в виде крупных гранул, а также ферромагнитные гранулы MnAs. Температура Кюри пленок зависит от содержания в них Mn и меньше, чем температура объемных образцов МnAs. При содержании в пленке Мn 5.8 ат.% и 6.4 ат.% магнитооптический отклик не обнаружен, что свидетельствует о формировании при малых концентрациях Mn суперпарамагнитного состояния или состояния спинового стекла. При содержании в пленке Mn 9.9 ат.% обнаружено значительное изменение магнитооптических спектров, что свидетельствует об образовании нанокластеров MnAs и частичном растворении Mn в матрице Сd3As2

Пленки оксида гафния HfOx толщиной около 40 нм получены методом электронно-лучевого напыления при различных значениях потока кислорода в камере. Изучены электрофизические свойства пленок на воздухе и в вакууме. Показано, что температурные зависимости проводимости пленок, измеренные в вакууме в диапазоне температур от 20 до 180◦ C, имеют активационный характер с энергией активации 0.82±0.02 эВ. Сделано предположение, что в полученных пленках перенос заряда определяется активацией электронов в зону проводимости с донорного уровня, связанного с кислородными вакансиями. Обнаружено, что проводимость пленок на воздухе сильно изменяется при варьировании потока кислорода, в то время как в вакууме проводимость практически не зависит от потока кислорода. Это свидетельствует о существенных отличиях в свойствах поверхности пленок, полученных при разных потоках кислорода в камере в процессе напыления.

Сплавы, изучаемые в настоящей работе, представляют интерес для нужд водородной энергетики, электроники, фармакологии. Поставлена цель выявления закономерностей развития подсистем дефектов, что необходимо для разработки процессов улучшения рабочих показателей металлических систем. Анализ несовершенств кристаллической решетки сплавов Pd93.5In6.0Ru0.5(числовые индексы - масс.%) и Pd100xPbx (x=5, 8, 12, 16, 20 масс.%) выполнен по результатам рентгеновской дифракции с использованием синхротронного излучения(СИ) Курчатовского научно-исследовательского центра. Проведена оценка вероятности наличия в мембранных сплавах на основе палладия двумерных дефектов кристаллической решетки, влияющих на структурочувствительные свойства материалов - дефектов упаковки (ДУ). Установлена зависимость вероятности формирования ДУ от концентрации и сорта элемента легирования палладия.

Дихалькогениды железа, интеркалированные атомами щелочных металлов, привлекают внимание физиков благодаря необычному естественному фазовому расслоению, при котором на границах антиферромагнитной фазы образуются сверхпроводящие кластеры. В данной работе методом фотоэлектронной спектроскопии мы обнаружили необычный эффект, возникающий предположительно благодаря данной фазовой сепарации. Мы проводили исследования температурных зависимостей фотоэлектронных спектров Se 3d, Fe 3p и валентной зоны при температурах выше и ниже Tc ≈ 27 К соединения (K0.8Na0.2)0.8Fe1.8Se2 с замещением атомов щелочного металла. Была обнаружена сильная температурная зависимость как валентной зоны, так и остовных уровней: мы наблюдали сильное уширение спектров, которое монотонно уменьшалась с увеличением температуры образца, при этом температурные изменения были циклическими. Мы полагаем, что данное уширение связано с появлением объемных зарядов в диэлектрической матрице, что приводит к изгибу зон. Более того, была восстановлена форма потенциала, возникающая внутри данного соединения, а также получена оценка для относительного количества сверхпроводящей фазы. Полученные результаты помогут лучшему пониманию физических процессов, происходящих в данном соединении.

Рассмотрены возможности инженерии потерь энергии электронов, создаваемых в каскадном процессе электрон-электронного рассеяния при взаимодействии многослойных диэлектрических структур с ионизирующим излучением. Показано, что вклад поверхностных плазмонов, связанных с границами слоев, в потери энергии электронов существен только для нанометровых толщин слоев и растет с ростом энергии электрона. В то же время поверхностные состояния, связанные с продольными оптическими фононами в ионных кристаллах, существенно меняют потери энергии при термализации электронов и могут приводить к повышению эффективности и скорости нарастания сцинтилляции в наноструктурированных системах.

Криогенная мишень непрямого облучения необходима для проведения исследований в области лазерного термоядерного синтеза на установке мегаджоульного уровня энергии. К твердому слою топлива в мишени предъявляются высокие требования: шероховатость внутренней поверхности криослоя должна быть в пределах 1 мкм, отклонения от сферичности и концентричности - менее 1%. В настоящей работе описаны результаты исследований, направленных на выполнение данных требований, а именно формирование криослоя и диагностика его параметров. Благодаря методу медленной кристаллизации криослоя с одновременным нагревом ИК-излучением удается получать повторяемые результаты: отклонения от концентричности и сферичности внутренней поверхности криослоя в пределах 2%, шероховатость - в пределах 20 мкм. Выполнено сравнение теоретических тепловых расчетов конструкции мишени с экспериментом. Разработан комплекс программ на основе оптического теневого метода, позволяющий дозировать жидкое топливо при наполнении оболочки в процессе проведения экспериментов, выполнять диагностику параметров твердого криогенного слоя, оценивать корректность результатов диагностики.

Предложена модель эволюции нанорельефа поверхности под действием облучения газовыми кластерными ионами. Модель основана на рассмотрении индивидуальных столкновений кластеров с поверхностью. Определяется количество вещества, распыляемого из области столкновения, и эффективность его переосаждения на другие элементы поверхности. Показана работоспособность модели при сравнении с экспериментальными данными. Исследованы этапы сглаживания модельного гармонического рельефа. Предложена новая мера эффективности сглаживания поверхности.

Проведен анализ экспериментальных и теоретических данных по исследованию преимущественного распыления сплавов на основе никеля и меди-платины при бомбардировке ионным пучком. Показано, что в противоречии с существующими моделями основным фактором, определяющим процесс преимущественного распыления, является соотношение энергий поверхностного связывания компонентов.

Предложены в качестве начальных активационные эксперименты для фотоядерных исследований с γ-квантами при энергиях Eγ≤40 МэВ на разрабатываемом источнике обратного комптоновского рассеяния лазерного излучения на ускоренных электронах. Эти эксперименты важны как для отработки методик настройки и мониторирования таких γ-пучков, так и для изучения возбуждения пигми- и гигантских резонансов в ядрах при Eγ около порога (γ, n)-реакций, а также множественности фотонейтронов при девозбуждении E1 гигантских резонансов при Eγ выше порога (γ, 2n)-реакций.

В работе приведены численные результаты симуляций процесса напыления сложного оптического покрытия с использованием широкополосного контроля этого процесса в случае, когда уровень шума в измеряемом коэффициенте пропускания имеет неравномерное распределение по длине волны. Исследовано влияние на точность контроля данных на краях измеряемого диапазона длин волн, где ошибка в коэффициенте пропускания максимальна. Показано, что при удалении части данных на краях диапазона коэффициент самокомпенсации ошибок процесса напыления почти не изменяется, в то время как средняя норма вектора ошибок толщин слоев существенно снижается. Тем самым впервые показано, что учет эффекта самокомпенсации ошибок при широкополосном контроле открывает возможность обоснованного выбора оптимального для практики спектрального диапазона оптического контроля.