Коллеги из МИЭТ (г. Зеленоград) экспериментально и с помощью компьютерного моделирования провели исследование процесса аморфизации кремния при облучении ионами галлия. Сфокусированный в нанометровую область ионный пучок галлия - это универсальный инструмент создания и диагностики наносистем, его источники входят в состав многих электронных микроскопов.

Монокристаллический кремний, обработанный ионным пучком, исследовали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). На изображении видны области, соответствующие естественному оксиду кремния (справа), кремнию, аморфизованному под действием облучения (в центре), и кремнию, который остался кристаллическим (слева). Светлые пятнышки, образующие в левой области шестиугольники - это атомы кремния, выстроенные в кристаллическую решетку.

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.148278

Одна из ключевых проблем, возникающих при миниатюризации электронных устройств, - это отвод выделяющегося тепла. Если микросхема размерами в 1 см выделяет мощность, как целый чайник, то простым вентилятором тут не обойдешься.

При создании новых устройств привлекают внимание двумерные материалы, такие как графен или дисульфид молибдена (MoS2), благодаря высоким электрофизическим характеристикам. Однако поскольку двумерный материал, опирающийся на подложку, не связан с ней химически, теплоотвод от него сильно затруднен. Моделирование показало, что тепловой контакт в этом случае можно улучшить, если сделать поверхность подложки немного шероховатой. Например, с помощью ионного облучения.

Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале: http://dx.doi.org/10.1021/acsami.2c20717

Распыление (sputtering) – явление выбивания атомов из твердого тела при его бомбардировке атомарными частицами – было открыто в 1852 году В.Р. Гроувом. Долгое время считалось, что механизм распыления тепловой: падающая частица разогревает небольшую область поверхности, и происходит испарение. Только в 1955 году, спустя более чем 100 лет, немецкий ученый Г. Венер показал, что при распылении монокристаллов существуют направления преимущественного выхода распыленного вещества, ориентированные вдоль осей кристалла. Поскольку испарение должно было бы привести к изотропной эмиссии, пришлось создавать новую модель распыления.

В 1981 году Г. Венер совместно с В.Е. Юрасовой – одной из создателей этого научного направления на кафедре физической электроники – получил премию компании Physical Electronics Industries Inc., USA за пионерские работы по распылению твердых тел ионной бомбардировкой (For pioneering work in sputtering — to the «Mother of Sputtering» and to the «Father of Sputtering»)

Детективная история! Потерян пик однократного рассеяния. Что это? Это когда падающий ион сталкивается с одним из атомов мишени и сразу отражается обратно. С помощью законов сохранения легко посчитать, какой будет энергия иона после столкновения. (Или, наоборот, измерив энергию иона, определить, из чего состоит мишень – это, пожалуй, единственный метод, позволяющий определить состав верхнего слоя атомов).

Так вот, при рассеянии ионов олова на молибдене (например, в процессе экстремальной ультрафиолетовой фотолитографии, EUV) в том месте, где на энергетическом спектре должен был быть этот пик (SC energy на картинке), пика не оказалось. Большой коллектив из Австрии, Германии, США и Нидерландов использовал большой набор пакетов для моделирования взаимодействия ионов с веществом (TRIM, TRIDYN, TRI3DYN, SDTrimSP, IMSIL и даже LAMMPS), однако объяснить исчезновение пика так и не смог.

On the missing single collision peak in low energy heavy ion scattering

Вольфрамовый пух видели?

Внутренняя стенка термоядерного реактора испытывает огромные тепловые нагрузки (около 10 МВт на квадратный метр в стационарном режиме). Кроме того, её бомбардируют потоки быстрых частиц плазмы, таких, как протоны, дейтерий, гелий. Подходящим материалом для внутренней стенки представляется вольфрам – металл с самой высокой температурой плавления.

Оказывается, в условиях высокой температуры (1000 – 2000 К) под действием облучения ионами гелия на поверхности вольфрама возникает «пух», который может менять свойства поверхности, а частицы пуха – отваливаться и загрязнять область термоядерного синтеза.

Исследование такого пуха – одно из направлений работы коллег из МИФИ. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2022.153811

Продолжая тему внутренней стенки термоядерного реактора.

Хотя вольфрамовый пух на её поверхности может быть вреден, оказывается, гладкая стенка - тоже не лучшее решение. Международный коллектив показал, то можно подобрать такой её нанорельеф, что он будет очень слабо изменяться под действием бомбардировки частицами плазмы.

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.065406

Прошел концерт, завершающий празднование юбилея физического факультета. Неплохо получилось, гораздо лучше, чем можно было опасаться. Только с "Дубинушкой" что-то случилось. Исчезли дружеские подколки в сторону химиков и филологов, а припев и вовсе мутировал до приторной неузнаваемости.

#дубинушканеболей

На кафедре физической электроники появился атомно-силовой микроскоп VEGA от компании NT-MDT SI. Микроскоп позволяет проводить измерения морфологии, электрических, наномеханических и магнитных свойств с нанометровым пространственным разрешением на пластинах диаметром до 200 мм, большеразмерных образцах и массивах образцов.
На сегодняшний день это единственный микроскоп такого типа в МГУ.
#AFM

Электронный микроскоп поздравляет всех нас с завершением рабочей недели и с наступающим Новым годом!
#SEM

Катодолюминесценция – свечение вещества, возникающее при облучении электронами. Спектры этого свечения несут информацию о свойствах самого вещества, о существующих в нем примесях и дефектах кристаллической решетки. В нашей новой статье описано изменение спектров катодолюминесценции нитрида галлия (GaN) в результате бомбардировки протонами и электронами.

Протоны – основной компонент космических лучей, воздействующих на электронную аппаратуру в околоземном пространстве, а GaN – перспективный материал космического приборостроения. Поэтому понимание того, как он ведет себя под действием ионизирующего излучения, совершенно необходимо для развития бортовой электроники. Статья опубликована в журнале Radiation Physics and Chemistry (входит в Q1 WoS)

#наши_статьи

https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2023.111481

Поздравляем с Днём российской науки. Ура!

И сообщаем, что с 28 по 30 мая в МГУ пройдет 53-я Международная Тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. Есть две недели, чтобы успеть подать тезисы. Ещё раз ура!

http://tulinov.sinp.msu.ru/

Фотографировали струю газа, которая вытекает из сверхзвукового сопла и светится в тлеющем разряде. Пробой случился в тот момент, когда считалась ровно половина пикселей матрицы фотокамеры.

Коэффициент распыления не зависит от температуры мишени. То есть каждый падающий на поверхность ион в среднем выбивает одно и то же количество частиц, как бы образец не нагревали. Точнее, теоретически, очень тяжелые ионы могут приводить к особому механизму распыления – тепловому пику, интенсивность которого зависит от температуры, но все равно очень слабо: “A pronounced relative increase of Y is predicted by for small values of the spike temperature T0. Usually, a small spike temperature will correlate with a low stopping power. Therefore, the variation will hardly be noticeable on an absolute scale since the sputter yield will be dominated by the linear cascade contribution” (P. Sigmund)

Но при бомбардировке большими кластерными ионами доминирует именно механизм тепловых пиков, и коэффициент распыления начинает сильно меняться с температурой. Наша новая статья опубликована в журнале Vacuum (Q1 Scopus).

#наши_статьи

https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2024.113064

Каждый электронный микроскоп часть времени проводит, изучая подробности строения мухи. А часть времени каждого атомно-силового микроскопа посвящена изучению жесткого диска (или хотя бы компакт-диска). На верхней части рисунка показан рельеф поверхности жесткого диска. Полировка, конечно, так себе) На нижней части - та же область поверхности, но в магнитно-силовом контрасте. Видны намагниченные области диска - те самые биты, кодирующие данные и выстроенные в дорожки.

Договорились вести исследования в области разработки источников газовых кластерных ионов для сверхточной полировки поверхности совместно с коллегами из Чанчуньского института оптики, точной механики и физики (Китайская Академия Наук).

Что будет, если поток заряженных частиц, например, электронов, направить на диэлектрик? Вроде бы все просто: поверхность будет заряжаться до тех пор, пока не приобретет потенциал, равный потенциалу, ускорившему эти частицы. После этого частицы начнут разворачиваться не долетая до поверхности. Процесс зарядки можно считать завершенным.

На самом деле нет. Например, оценки времени, нужного для установления равновесия, отличаются у разных авторов на несколько порядков.

Исследованию механизмов, участвующих в формировании зарядового состояния поверхности диэлектрика под действием пучка электронов, посвящены многочисленные исследования. Попытались немного разобраться в этом и мы - на примере монокристалла оксида магния. Что получилось, можно прочитать в статье "Electrizaton and cathodoluminescence of single crystal MgO under 2.5 – 15 keV electron beam" в высокорейтинговом журнале Applied Surface Science (Q1 WoS, IF = 6,7)

#наши_статьи

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.159964