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

Друзья, мы возвращаемся к активной деятельности!

За время отсутствия успели не только отдохнуть, но и принять участие в Тулиновской конференции, опубликовать несколько статей, а последний месяц провели в городе Чанчунь в рамках программы совместных исследований применения ионных потоков для сверхточной обработки поверхности.

В сентябре исполняется 100 лет со дня рождения профессора А.Ф. Тулинова. В связи с этим НИИЯФ МГУ организует мини-конференцию, которая пройдет в четверг, 19 сентября, в ауд. 2-15 19 корпуса НИИЯФ с 10 до 16 часов. Можно присоединиться с помощью Zoom (Идентификатор 846 4941 0743; код доступа 014051).

А на картинке - фотопластинка, демонстрирующая предсказанный и обнаруженный Тулиновым эффект теней. Это возникновение минимумов интенсивности в угловом распределении частиц, вылетающих из узлов решётки монокристалла. Тени образуются в направлениях кристаллографических осей и плоскостей. Появление тени в направлении оси обусловлено отклонением частиц, первоначально вылетевших в направлении этой оси, электрическим полем ближайших к излучающему узлу атомов, расположенных в той же цепочке. Таким образом детально визуализируется структура кристалла. На базе эффекта был разработан метод измерения времени протекания ядерных реакций, позволяющий измерять ультрамалые промежутки в диапазоне атто- и фемтосекунд.

Это изображение прямоугольной ямки, вырезанной в кремнии сфокусированным ионным пучком галлия. Указаны углы падения ионов (относительно нормали) и дозы облучения (количество ионов, упавших на единицу площади поверхности) Изображение получено с помощью сканирующего электронного микроскопа.

В состав многих современных электронных микроскопов входит ионный источник, позволяющий получать пучок, сфокусированный до диаметра в несколько нанометров. С его помощью можно вырезать часть поверхности образца. Интересно, что изменение поверхности можно видеть "в прямом эфире", то с помощью электронного пучка наблюдать, как что происходит под действием ионного потока.

Но при облучении поверхности ионами на ней может самопроизвольно возникнуть рельеф. Например, в виде волн. И вместо ямки с ровным дном получается то, что показано картинке. Исследованию такого рельефа посвящена новая статья коллег из Ярославля.

Слева берег Волги, справа берег Оки, посередине – квантовая суперпозиция рек.

Конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» в Нижнем Новгороде.

Современные технологии микроэлектроники, использующие кремний в качестве основного материала, уже не могут удовлетворить постоянно растущие требования к электронным компонентам. Тенденции развития электроники предполагают использование широкозонных полупроводников, таких как SiC, GaN и особенно Ga2O3, в качестве материалов для устройств нового поколения. Однако встраивание таких материалов в прибор, создаваемый на основе кремния, затруднительно или принципиально невозможно.

В Нижегородском Университете разрабатывают подход к решению этой проблемы, основанный на ионной имплантации. В диэлектрическую матрицу (в данном случае оксид кремния) последовательно внедряются ионы галлия и кислорода, образец отжигается - и внедренные атомы образуют нанокристаллы оксида галлия.
В журнале Nanomaterials вышла очередная статья этого цикла исследований.
https://doi.org/10.3390/nano14100870

Важнейшая характеристика взаимодействия ионов с поверхностью - коэффициент распыления, то есть среднее количество атомов, выбиваемых из мишени падающим ионом. Точной теории, позволяющей рассчитать коэффициент распыления конкретной мишени заданным ионом с определенной энергией, пока не существует. Существуют атласы экспериментальных данных. Существуют полуэмпирические формулы, полученные из аппроксимации этих данных. На основе одной из таких формул работает Simple Sputter Yield Calculator.

В последние годы машинное обучение приобрело широкую известность - чего стоят последние Нобелевские премии по физике и химии. Этот сайт позволяет рассчитать коэффициенты распыления с помощью методов машинного обучения. На левой картинке показаны результаты распыления меди ионами аргона (крестики - экспериментальные точки). Для сравнения, "полуэмпирический" сайт при энергии ионов 10 кэВ дает значение 6,13, "машиннообученный" - 6,84.
На правой картинке - более экзотический случай распыления свинца ионами ксенона.

Кстати, о распылении.
Подготовлен новый номер журнала для старшеклассников и учителей «Потенциал», в который вошла статья наших коллег «Ионные пучки и современная физика поверхности». Статья простым языком рассказывает, что такое распыление и для чего оно может использоваться.

В конце года проект КоЛаб представил свою версию топ-100 исследовательских статей 2024 г., подготовленных российскими учёными. Выборка формировалась с учётом импакт-фактора журнала, учитывались публикации, написанные с участием российских исследователей.

Наше внимание в этом списке привлекла статья Nanoscale Cathodoluminescence Thermometry with a Lanthanide-Doped Heavy-Metal Oxide in Transmission Electron Microscopy. Авторы взяли наночастицы, которые светятся под электронным пучком. Показали, что форма такого катодолюминесцентного спектра зависит от температуры. И предложили эти частицы использовать в качестве термометров. Точность определения температуры составляет около 5 градусов (для наноразмерных измерений это очень круто), а пространственное разрешение определяется размером частиц и может составлять несколько десятков нанометров.
Статья вышла в журнале ACS Nano (IF=15,8).

Указом Президента Российской Федерации от 24.01.2025 № 40 ЧЕРНЫШ Владимир Савельевич, заведующий кафедрой физической электроники физического факультета, награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени. Ура!

Сегодня, друзья, хочется написать - кип пушинг. Если понимаете, о чем мы.

15 февраля заканчивается регистрация на XXVII Международную конференцию Взаимодействие ионов с поверхностью (25-29 августа). В этом году конференция пройдёт в Рязани. Срок предоставления тезисов - до 15 марта.

23 февраля заканчивается срок подачи тезисов на 54-ю Международную Тулиновскую конференцию по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (27-29 мая, Москва).

В конце прошлого года был представлен эскизный проект токамака с реакторными технологиями (ТРТ). Сооружение ТРТ - важный этап на пути освоения управляемого термоядерного синтеза и создания в России экологически чистого источника энергии с практически неисчерпаемыми топливными ресурсами.

Разработки необходимых для ТРТ технологий ведутся по многим направлениям. Так, один из ключевых компонентов реактора – дивертор, устройство, которое контактирует с плазмой и удаляет примеси с её периферии. В качестве материала для дивертора рассматривают вольфрам: он тугоплавкий, с высокой теплопроводностью и слабо разрушается при бомбардировке ионами плазмы. Однако вольфрам хрупок и плохо совместим с другими материалами из-за разницы коэффициентов теплового расширения. Для решения этой проблемы специалисты из МИСИС и НИИЭФА предложили материал на основе матрицы из пористого вольфрама и меди. Материал изготавливается послойно, с помощью аддитивных технологий, то есть его свойства могут плавно изменяться от слоя к слою.

В 1973 году Andersen и Bay опубликовали статью Nonlinear effects in heavy-ion sputtering, в которой сравнили коэффициенты распыления ионами, состоящими из одного или двух атомов теллура. Оказалось, что каждый атомарный ион выбивает из мишени около 50 атомов. А вот двухатомный ион выбивал не 100 атомов, как можно предположить, а целых 167! То есть атомы, падающие на поверхность вместе, усиливали действие друг друга. С тех пор в этом направлении было проведено много экспериментов и предложено несколько теорий.

Недавно вышла наша статья вместе с коллегами из Германии и Китая, в которой различные полупроводниковые мишени (AsGa, InP и другие) распылялись на ионном литографе, разработанном компанией Raith. Он способен создавать потоки ионов, содержащих различное количество атомов висмута. В частности, показано, что каждый атом четырехатомного иона выбивает аж в 7 раз больше атомов, чем одноатомный ион.

Статья опубликована в журнале Results in Surfaces and Interfaces.
https://doi.org/10.1016/j.rsurfi.2025.100491

Считается,что явление эмиссии вторичных ионов при ионной бомбардировке поверхности впервые наблюдал сэр Джозеф Томсон, лауреат Нобелевской премии (1906 г.) Статья в журнале "The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science",
в которой обсуждается это явление, начинается очень необычно с точки зрения современного стиля научных публикаций:
"Я обнаружил, что исследование Положительных лучей, или Каналовых лучей,становится гораздо проще при использовании очень больших сосудов для разрядных трубок, в которых создаются эти лучи".

Эту статью, а также другие выпуски журнала начиная с 1798 года, можно прочитать на сайте журнала: https://www.tandfonline.com/journals/tphm19

В мае вышли сразу два обзора, освещающих современные возможности применения газовых кластерных ионов в физике и технологии. Один из них, A review of material surface processing utilizing gas cluster ion beam technology, подготовили коллеги из Шанхая. Второй, Gas Cluster Ion Beam Smoothing Technique: A Review, написан в Шеньчжене. Кстати, Шэньчжэнь является одним из наиболее динамично развивающихся городов Китая и входит в первую пятёрку городов мира по темпам прироста населения. Его население по переписи 2000 года составляло 7 008 831 человек, а согласно переписи 2010 года уже — 10 357 938 человек.

Счастливый победитель конкурса лучших докладов молодых ученых 54-й Международной Тулиновской конференция по физике взаимодействия заряженных
частиц с кристаллами, Бессмертный Данила Романович.