авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

ISBN 574170215-5

9 785741 702154

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ УДК 53

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ББК 22.3

Российская академия наук

Т78

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский физико-технический институт (государственный университет) Российский фонд фундаментальных исследований Труды 50-й научной конференции МФТИ «Со Т78 временные проблемы фундаметальных и приклад ных наук»: Часть V. Физическая и квантовая электрони ТРУДЫ ка. — М.: МФТИ, 2007. — 188 с.

50-й НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МФТИ ISBN 978-5-7417-0215- Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук В сборнике обобщены результаты научной работы, выполняемой на кафедрах факультета физической и квантовой элетроники, по актуальным проблемам молекулярной и эмиссионной электроники, микро- и наноэлектроники, квантовой электроники и фотоники, при Часть V кладных информационных технологий и нанотехнологий. В боль Физическая и квантовая электроника шинстве секций представлены доклады внешних организаций по дан ным направлениям. Особое внимание уделено освещению результа тов работ, выполненных студентами и аспирантами факультета.

УДК ББК 22. ISBN 978-5-7417-0215-4 c Московский физико-технический институт Москва–Долгопрудный, (государственный университет), 50-я научная конференция МФТИ Секция эмиссионной электроники Программный комитет Кудрявцев Н.Н., чл.-корр. РАН, ректор института — председатель Кондранин Т.В., профессор, первый проректор — зам. председателя Сон Э.Е., профессор, советник ректора — зам. председателя УДК 621. Стрыгин Л.В., доцент — учёный секретарь конференции Кудряшов А.В.1, Ламанов М.М.1, Пименов С.М.2, Андреев А.Ф., академик РАН, директор ИФП РАН Фролов В.Д. Гуляев Ю.В., академик РАН, директор ИРЭ РАН Ковальчук М.В., чл.-корр. РАН, дир. РНЦ «Курчатовский институт» Московский физико-технический институт (государственный университет) Кузнецов Н.А., академик РАН, директор ИППИ РАН Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН Петров А.А., академик РАН Фортов В.Е., академик-секретарь отделения ЭММПУ РАН Исследование эмиссионных свойств Шинкаренко В.Г., профессор, декан ФРТК нановолокон SiC и ZnO Каменец Ф.Ф., профессор, декан ФОПФ В статье описаны исследования эмиссионных свойств полупровод Ткаченко Б.К., доцент, декан ФАКИ никовых одномерных наноструктур (SiC и ZnO), состоящих из масси Грознов И.Н., доцент, декан ФМБФ ва нановолокон и наностержней. Нановолокна SiC были выращены Тодуа П.А., профессор, декан ФФКЭ на кремниевых подложках с никелевым слоем методом термическо Дудин Г.Н., профессор, декан ФАЛТ го разложения металлорганических соединений. Нановолокна ZnO были выращены на кремниевой основе, покрытой золотом методом Шананин А.А., профессор, декан ФУПМ химического осаждения из газовой фазы.



Леонов А.Г., профессор, декан ФПФЭ Кривцов В.Е., доцент, декан ФИВТ Солдатов А.А., профессор, декан ФНТИ Кобзев А.И., профессор, декан ФГН Прусаков И.Б., доцент, начальник ФВО Белоусов Ю.М., профессор, зав. кафедрой Бугаев А.С., академик РАН, зав. кафедрой Габидулин Э.М., профессор, зав. кафедрой Гладун А.Д., профессор, зав. кафедрой Лукин Д.С., профессор, зав. кафедрой Петров И.Б., профессор, зав. кафедрой Половинкин Е.С., профессор, зав. кафедрой Тельнова А.А., доцент, зав. кафедрой Холодов А.С., чл.-корр. РАН, зав. кафедрой Рис. 1. Сравненение вольт-амперных характеристик 4 ФФКЭ ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ Исследования автоэмиссионных свойств катодов проводились в экрана служат массивы автоэмиссионных эмиттеров, обладающих вакуумной камере при остаточном давлении 107 –106 мм рт. ст. рядом достоинств: простая конструкция (отсутствие нагреватель Образцы исследовались в диодном режиме с использованием плос- ных элементов), высокая плотность эмиссионного тока, безынерцион кого люминесцентного экрана;

расстояние «катод–анод» составляло ность отклика тока на изменение напряжения, нечувствительность 500–800 мкм. Площадь эмитирующей поверхности образцов состав- к внешней радиации и т. д. Тем не менее создание таких устройств ляет 0,25 см2. осложняется рядом особенностей автоэлектронной эмиссии.

В ходе экспериментов была обнаружена зависимость эмиссион- Целью данной работы является обзор разработанных к настояще ных свойств от структуры и морфологии поверхности образцов. Об- му времени подходов к реализации FED технологии. В силу того, что разцы SiC нановолокон характеризовались очень низкими пороговы- диодная конструкция экранов не позволяет добиться эффективного ми полями эмиссии (Eпор 1 В/мкм) и высокой стабильностью эмис- построения изображения [1], рассматриваются триодные конструк сионного тока по сравнению с образцами ZnO наноструктур (рис. 1), ции и материалы, применяемые в качестве эмиттеров. Представле ны особенности высоковольтных и низковольтных дисплеев. Показа которые отличались более равномерным распределением эмиссион ных центров на поверхности катода. Проведен анализ ВАХ эмиссии на эволюция технологических решений и используемых в качестве на основе теории Фаулера–Нордгейма, который показал хорошую катодов материалов [2] от Spindt до углеродных нанотрубок. Также корреляцию между полями эмиссии и значениями коэффициента сравниваются характеристики дисплеев различных конструктивных усиления поля и эффективной площади эмиссии для исследуемых исполнений катодно-модуляторного узла.





наноструктур SiC и ZnO. На основе проведённого исследования предлагается конструкция

Работа выполнена при поддержке МНТЦ (проект № 3517). дисплея с обратным модулятором и материал катода, в силу своей структуры (упорядоченность, высокая ориентированность эмиссион ных центров) рассматриваемый авторами как наиболее подходящий для использования в таком типе дисплея.

УДК 621. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Лейченко А.С., Грознов С.И., Шешин Е.П.

1. Lee N.S.et al. Application of carbon nanotubes to eld emission Московский физико-технический институт display // Diamond and related materials. — 2001. — N. 10. — (государственный университет) P. 265–270.

Планарные автоэмиссионные дисплеи 2. Talin A.A.et al. Field emission displays: a critical review // Solid триодной конструкции State Electronics. — 2001. — N. 45. — P. 963–976.

С каждым годом возрастают требования к планарным диспле ям. Коммерческого применения к настоящему времени достигли дис плеи на основе LCD, PDP и OLED технологий. В то же время не прекращаются поиски альтернативных технологий реализации ви део устройств. Одним из наиболее перспективных подходов является FED технология. FED (eld emission display) — дисплей, основанный на эффекте автоэлектронной эмиссии. Изображение в таких диспле ях получается за счёт возбуждения люминофора высокоэнергетич ными электронами, источниками электронов для каждого пикселя ФФКЭ 5 6 ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ ные для здоровья человека, что упрощает процесс производства и УДК 621. утилизации вышедших из строя приборов. Эти качества делают ка Лупарев Н.В., Стариков П.А., Лейченко А.С., тодолюминесцентные лампы наиболее перспективными источниками света в ближайшем будущем.

Чадаев Н.Н.

Московский физико-технический институт (государственный университет) УДК 537.533. Реализация подсветки ЖК-экрана Негров Д.В., Ламанов М.М., Шешин Е.П.

при помощи автоэмиссионного источника Московский физико-технический институт света (государственный университет) В последние годы ЖК-дисплеи становятся все более популярны- Измерение зависимости тока катода ми средствами отображения видеоинформации. Для подсветки ЖК из пучков углеродных волокон от длины дисплеев широко применяются люминесцентные газоразрядные лам пы с холодным катодом, излучающие белый свет. Основным преиму- эмитирующей части пучка ществом таких ламп является высокая эффективность преобразова ния электроэнергии в свет ( 60 лм/Вт). К недостаткам относят- Среди множества известных углеродных материалов весьма пер ся наличие паров ртути в конструкции лампы, чувствительность к спективным для использования в качестве автоэмиссионных катодов температурам, обратнопропорциональная зависимость между ярко- являются полиакрилонитрильные (ПАН) углеродные волокна [1].

стью и сроком службы. В настоящее время основные производители Этот наноструктурированный углеродный материал технологичен ЖК-дисплеев проводят работы по поиску альтернативных средств и удобен в обработке, что расширяет область его применения в ка подсветки. честве автокатода, а производство приборов в коммерческих целях Данная работа посвящена созданию эффективного катодолюми- становится выгодным.

несцентного источника света для применения в системах подсветки При разработке и изготовлении автоэмиссионных катодов исполь зовалось «низкотемпературное» ( 1450 C) ПАН углеродное волок жидкокристаллических дисплеев. В основу разработки такого источ но диаметром 7 мкм, прошедшее дополнительную температурную ника света заложена идея использования в этих источниках авто обработку при 1800–1950 C. Пучки волокон остеклованы в капил эмиссионного катода из наноструктурных углеродных материалов.

ляры диаметром 2 мм. Пучок содержит 300 волокон и составляет Преимуществами использования автоэлектронных катодов явля ются высокая автоэлектронная эмиссия и высокая эффективность 150 мкм в диаметре. На основе остеклованных пучков ПАН угле трансформации электроэнергии в свет в катодолюминесцентном про- родных волокон был разработан многоцелевой электронный прожек цессе. Автоэлектронные катоды из углеродных материалов не требу- тор [2].

ют накаливания, не инерционны, устойчивы к температурным коле- При работе автоэмиссионного катода, состоящего из пучка угле баниям, имеют высокую плотность тока эмиссии, способны длитель- родных волокон, происходит отклонение периферийных волокон под ное время работать в техническом вакууме. действием электростатических сил. В свою очередь это отклонение Источники света на их основе надежны, обладают высоким КПД напрямую связано с длиной эмитирующей части катода. Чем боль (до 30%), имеют продолжительный срок службы. Спектр излучения ше длина пучка, тем больше отклонение отдельных периферийных таких приборов контролируется подбором люминофора, не содержит волокон. Это видно из рис. 1, 2.

инфракрасного и ультрафиолетового излучений. В составе катодолю- Целью данной работы является выявление зависимости тока ка минесцентных ламп отсутствуют ядовитые материалы и газы, вред- тода от длины эмитирующей части пучка в диодном режиме.

ФФКЭ 7 8 ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ катода было 4 мм. В течение двух часов каждый час происходило снятие вольтамперных характеристик.

На основании полученных данных была построена численная мо дель, предсказывающая зависимость эмиссионного тока от длины пучка волокон, и произведены вычисления этой зависимости в CAE ANSYS (рис. 3).

Дополнительные опыты по измерению вольтамперных характери стик катодов в диодном режиме с разными длинами эмитирующих пучков показали, что данные предсказывают общий ход зависимо сти. По-видимому, из-за разрушения углеродных волокон в реально сти она оказывается смещённой влево (рис. 3).

Рис. 1. Эмитирующая часть като- Рис. 2. Эмитирующая часть като- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ да равна 0,5 мм да равна 0,75 мм 1. Baker F.S., Osborn A.R., Williams J. Field emission from carbon bers: A New Electron Source / Nature. — 1972. — V. 239, N 8.

2. Baturin A.S., Trufanov A.I., Sheshin E.P., et al.

//J. Vac. Sci. Technol. B. — 2003. — V. 21, N. 1.

УДК 621. Стариков П.А., Лупарев Н.В., Лейченко А.С., Чадаев Н.Н., Шешин Е.П.

Московский физико-технический институт (государственный университет) Использование автоэлектронных катодолюминесцентных источников света Рис. 3. Расчитаная зависимость эмиссионного тока от длины пучка в качестве пикселей в цифровом табло при напряжении на аноде 2,5 кВ Вольтамперные характеристики исследовались в вакуумной ка- Большие видеотабло широко используются для рекламы, транс мере, при этом рабочий вакуум был не хуже 8 · 106 Торр. ляций и других видов отображения видеоинформации. По типу ис Эмитирующая часть автокатода из углеродных волокон имела точника света, используемого для формирования изображения, таб длину 0,5 мм. Катод помещался в вакуумную камеру в диодном ре- ло разделяются на ламповые, светодиодные, газоразрядные и проек жиме, причём расстояние от анода до конца эмитирующей части ционные экраны. По своим световым характеристикам для уличного ФФКЭ 9 10 ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ использования подходят ламповые и светодиодные экраны. В послед- ления работы приборов и создания элемента полотна большого све ние годы светодиодные экраны за счёт лучших светоэлектрических тового табло.

и энергетических характеристик занимают на рынке все более проч ные позиции. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Определяющим параметром в большом уличном табло является 1. Лешуков М.Ю., Чадаев Н.Н., Шешин Е.П. Трехцветная като тип светоизлучающего элемента, образующего пиксель. Основными долюминесцентная лампа для систем отображения информа элементами для формирования пикселей светодиодных экранов яв ции // Труды XIII Всероссийской научно-технической конфе ляются полупроводниковые светодиоды (LED), обладающие рядом ренции «Современное телевидение». — М.: 2005. — С. 37–38.

неоспоримых преимуществ, таких, как малый размер отдельного све тоизлучающего элемента, высокая эффективность трансформации 2. Лешуков М.Ю., Шешин Е.П. Оптимизация электронно-опти электрической энергии в световую ( 40 лм/Вт), высокая яркость ческой системы катодолюминесцентного источника света с ав отдельного светодиода ( 40000 кд/м2 ) и широкая цветовая гамма.

токатодом из углеродных волокон // Сборник трудов Меж Однако им присущи и серьезные недостатки. Высокая яркость све дународной конференции «Устойчивость и процессы управле тодиода обеспечивается относительно небольшим углом излучения ния». — 2005. — Т. 1. — С. 202–208.

( 40–60 ). Для производства больших экранов коллективного поль зования все больше применяют светодиоды, у которых конструкция 3. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свой рассеивающей линзы светодиода изменена так, чтобы угол обзора ства углеродных материалов. — М.: МФТИ, Физматкнига, экрана достигал уровня 160–180. При этом яркость естественным 2001.

образом падает в несколько раз (в 5–8 раз). Также известно, что «бич» светодиодных экранов — это огромный потребляемый ток (при среднем токе на один светодиод 20 мА цветной экран с раз решением 800 600 будет потреблять уже более 30 кА).

УДК 621. В качестве альтернативного светоизлучающего элемента нами предложена автоэлектронная катодолюминесцентная лампа [1, 2].

Шешин Е.П.

Работа такой лампы основана на принципе катодолюминесценции, Московский физико-технический институт возбуждаемой автоэлектронами с высокой энергией. Основные пре (государственный университет) имущества автоэмиссии — это отсутствие накала, безинерционность, высокие плотности тока, миниатюрность катода, на несколько поряд Развитие источников света на основе ков меньшие рабочие токи. Применение автокатодов из углеродных материалов [3], обеспечивающих высокую автоэлектронную эмиссию наноструктурированных углеродных и высокую эффективность трансформации электроэнергии в свет материалов в катодолюминесцентном процессе, ставит такие светоизлучающие лампы в разряд перспективных. По своим световым характеристи Католюминесцентные источники света с автокатодами из нано кам лампа не уступает полупроводниковым светодиодам, а даже в совокупности превосходит их (при яркости более 20000 кд/м2 угол структурированных углеродных материалов обладают, как широко обзора составляет 180. Спектр излучения катодолюминесцентных известно, рядом преимуществ. Основные из них — это высокая яр кость, большой срок службы, короткое время переключения, работа ламп контролируется подбором люминофора.

в широком диапазоне.

Разработаны лампы, обладающие электрическими характеристи ками, позволяющими управлять яркостью свечения при помощи транзистора, что дало возможность реализации программного управ ФФКЭ 11 12 ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 539. В настоящее время наиболее перспективными материалами для автоэлектронных катодов являются углеродные наноструктуриро Щука А.А.

ванные материалы. Из огромного количества таких материалов, свя занных с химическим строением, углерода для автоэмиссии подхо- Московский государственный институт радиотехники, электроники дят только те которые имеют очень высокую прочность основных и автоматики (технический университет) структурных составляющих и их однородное распределение по эми Процессы самоорганизации тирующей площади автокатода.

Такое требование связанно с тем, что в процессе работы автока в нанотехнологии тоды подвергаются очень сильным воздействиям пондеромоторных нагрузок и интенсивной бомбардировке ионами остаточных газов, 1. Мир макроскопических объектов можно разделить на два клас последнее особенно существенно в условиях высокого технического са: изолированные системы и открытые системы. В изолированных вакуума, который поддерживается в стандартных приборах.

системах «правит бал» термодинамика. Изолированные системы ра На сегодняшний день основным материалом, удовлетворяющим но или поздно приходят в состояние термодинамического равнове таким условиям, является полиакрилонитрильное углеродное волок сия. В состоянии термодинамического равновесия система забыва но. На базе этого материала были спроектированы и изготовлены ет свою предысторию. Она существует только под знаком законов источники света, которые составили цветовое табло. Это табло полу сохранения: суммарная энергия равна константе, импульс и масса чило диплом «Гран При» МЧС России.

сохраняют своё значение и т. д.

Дальнейшее развитие источников света должно идти по пути со В соответствии с принципом локального равновесия процессы, здания плоских приборов сравнительно большой площади. Для этих возмущающие равновесие, менее интенсивны процессов, формирую целей углеродные волокна технологически сложны. Поэтому разра щих равновесие. В этом случае с определённой степенью точности ботка новых углеродных материалов и концепций приборов вселяют можно говорить о локальном равновесии.

надежду на решение данной проблемы.

2. Процесс самоорганизации является общим свойством откры Плоские источники света (свет в данном случае понимается в ши тых систем.

роком диапазоне длин волн) могут быть использованы в разработке Как ни парадоксально звучит, но источником упорядоченности не только дисплейных элементов, но и источников света бытового открытых систем служит неравновесность системы. Формирование назначении, а также источников ультрафиолетового излучения боль самоорганизующихся структур происходит вдали от равновесия.

шой площади, в которых в настоящее время имеется очень большая В природе известно много самоорганизующихся систем. Организ потребность, например, в очистке воды и воздуха. А это в настоя мы, будучи открытой системой, поддерживают своё существование щее время является очень большой проблемой и будет ещё большей благодаря возможности преобразовывать энергию и материю хаоти в будущем.

ческого характера в строго упорядоченный характер.

Наши разработки и опыт позволяют сделать вывод, что источни В животном мире в качестве примеров можно привести выве ки света в широком диапазоне длин волокон на основе нанострукту ренное строительство шестиугольных сот у пчел, индивидуальный рированных углеродных материалов в ближайшее время будут обла и неповторимый рисунок кожи на пальцах человека, типы снежинок дать наилучшей конкурентоспособностью.

коллективное поведение муравьев (видеофильм).

Можно привести примеры из неживой природы. Например, из вестные ячейки Бенара в жидкости, возникающие при определённом градиенте температуры.

Возникновение диссипативных структур носит пороговый харак тер. Самоорганизованная структура возникает из флуктуаций, а по ФФКЭ 13 14 ФФКЭ Секция эмиссионной электроники 50-я научная конференция МФТИ роговый характер самоорганизации связан с переходом одного устой- компонентов из газовой фазы. Метод молекулярного наслаивания чивого состояния в другое. реализуется при условии наличия на исходной поверхности опреде Пороговый характер самоорганизации связан с переходом одного лённых функциональных групп, способных реагировать с реагентом устойчивого стационарного состояния в другое. Самоорганизация в и образовывать устойчивые соединения (слайды).

системе связана с формированием структуры более сложной, чем первоначальная. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 3. В наноэлектронике процессы самоорганизации являются клю 1. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных чевыми. Если в микроэлектронике разработана планарная группо вая технология, позволяющая производить 1020 транзисторов в год, системах. От диссипативных структур к упорядоченности че рез флуктуации. — М.: Мир, 1990.

стоимость каждого из которых оценивается стоимостью напечатан ной запятой в книге, то приборы наноэлектроники производятся ин 2. Щука А.А. Наноэлектроника. — М.: Физматкнига, 2007.

дивидуально и их стоимость не позволяет наладить промышленное производство.

Одним из успехов в нанотехнологии можно считать разработку технологическоо процесса создания фуллеренов и нанотрубок. Тех нология получения нанотрубок вначале была связана с распылением графита в электрической дуге. В дальнейшем использовались лазер ные технологии. Высокоинтенсивный лазерный пучок испарял гра фитовую мишень. Поток аргона выносил атомы углерода из высо котемпературной зоны к охлажденному медному коллектору, на ко тором и формируются нанотрубки. Графитовая мишень содержит небольшое количество кобальта и никеля, которые служат катализа тором при образовании нанотрубок. Таким методом удавалось полу чить нанотрубки диаметром до 20 нм и длиной до 100 мкм (слайды).

Уникальные свойства нанотрубок открывают широкие возможности их использования в наноэлектронике. Например, в транзисторных структурах в качестве автоэлектронных эмиттеров вакуумных при боров и т. п.

4. Процесс самоорганизации представляется как переход от бес порядочного движения, хаотического состояния через нарастание флуктуаций к новому порядку.

Следует заметить, что это вовсе не статичный порядок равнове сия, а динамическое состояние. Это динамическое состояние поддер живается притоком энергии и массы извне. В самоорганизованных структурах проявляются коллективные эффекты. Одним из приме ров процессов самоорганизации в микро- и наноэлектронике можно рассматривать метод химической самосборки поверхностных нано структур. Разновидностью химической сборки является метод мо лекулярного наслаивания. Эти методы основаны на процессах об разования поверхностных химических соединений при хемсорбции ФФКЭ 15 16 ФФКЭ 50-я научная конференция МФТИ Секция нанотехнологии реальный профиль E(z) зоны проводимости гетероперехода аппрок симируем треугольной ямой, так как это представлено на рис. 1.

Представляя в области 0 z d потенциальный профиль в сфери ческой системе координат как E0 E r E0, Eext (r) = УДК 621.315.592 d Дюбуа А.Б. с граничными условиями E0 = Eext (0), E1 = Eext (d). В соответствии с теорией возмущений Рязанский институт открытого образования Электрон–электронные взаимодействия ijkl Vtot (q,) = d iee в умеренно легированном j,k,l k,p,q 2D-гетеропереходе Al0,3Ga0,7/GaAs (Ek (k + q) + El (p q) Ei (k) Ei (p))fk fp (1 fk+q )(1 fpq ), ijkl где Vtot (q,) — матричный элемент полного потенциала экраниро Электрон–электронные («е–е») взаимодействия играют определя вания, а f — функция Ферми–Дирака [3]. В случае одной запол ющую роль в кинетических явлениях, среди которых следует от ненной подзоны имеем i = j = k = l = 1. Для потенциального метить эффекты горячих электронов, квантовые поправки к про профиля исследованной наноструктуры, когда заполнена основная водимости и затухание (разрушение) квантования Ландау в объём подзона размерного квантования, получено выражение параметри ных и двумерных полупроводниковых соединениях с вырожденными ческой зависимости времени электрон–электронной релаксации от электронами. Особый интерес вызывают аномалии низкотемператур температуры и концентрации электронов:

ного магнитотранспорта, связанные с заполнением 2D-электронами одной подзоны размерного квантования [1, 2]. Работа направлена intra ee = 1 (E0,E1,d) p1 (T,n) + 2 (E0,E1,d) p2 (T,n) + p3 (T,n), на выяснение вклада электрон–электронной релаксации в затуха ние квантования Ландау осцилляций поперечного магнитосопротив- которая объясняет экспериментальные зависимости рис. 2 [4]. Функ ления в умеренно легированной гетероструктуре Al0,3 Ga0,7 As/GaAs ции n зависят только от параметров ямы и являются безразмерны (ns 8 · 1011 см2 ). На рис. 1 показано совместное численное реше- ми, а pn — от температуры и имеют размерность времени.

ние уравнений Шредингера и Пуассона:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ d + E (z) j (z) = Ej j (z), dz 2m 1. Андо Т., Фаулер А., Стерн Ф. Электронные свойства двумер ных систем. — М.: Мир, 1985.

dV 4 (z) E (z) = eV (z) =, dz 2 2. Kadushkin V.I., Dubois А.B. «Bottleneck» in Electron. Electron Interactions and Anomalies in the Landau Quantization Damping с граничными условиями V (z = ) = 0, eV (z = 0) = E0 и диэлек // Phys. Low-Dim. Struct. — 2003. — V. 7/8. — P. 7–24.

трической функцией. Для исследованной наноструктуры получе ны: зависимость потенциала E(z), квадрат модуля || волновых 3. Пайнс Д., Нозьер Ф. Теория квантовых жидкостей. — М.: Мир, функций электронов на энергетическом уровне основной E1 подзо 1967.

ны размерного квантования [2]. Для решения поставленной задачи ФФКЭ 17 18 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 681.2. 4. Kadushkin V.I., Dubois А.B. The Role of Electron. Electron Relaxation in Landau Quantization Damping // Phys. Low Заблоцкий А.В.1, Батурин А.С.1, Бормашов В.С.1, Dim. Struct. — 2002. — V. 11/12. — P. 27–37.

Коростылев Е.В.1, Кадушников Р.М.2, Штуркин Н.П. Московский физико-технический институт (государственный университет) Компания «SIAMS»

Концепция «виртуального микроскопа»

и её применение в нанометрологии Нанотехнология оперирует с наноразмерными объектами, что предопределяет необходимость решения первоочередной проблемы создания методов и средств линейных измерений в нанометровом диапазоне. Такие методы должны обеспечивать трансляцию первич ного эталона метра на нанометровый масштаб с необходимой точно Рис. 1. Фрагмент E(z) гетероперехода при ns = 6,3 · 1011 см2.

стью [1]. Основной особенностью измерений в нанометровом диапа Показана аппроксимация реального распределения потенциала тре зоне является сравнимость размера зонда современного микроскопа угольным профилем с изломом в точке пересечения с уровнем E с размерами нанообъекта. Конечный размер зонда ведёт к появле нию расхождения между формой получаемого изображения и реаль ным рельефом нанообъекта. Данный эффект обусловлен физически ми основами процесса измерения и практически не устраним. Это является принципиальным ограничением на использование сканиру ющего электронного микроскопа (СЭМ) или атомно-силового микро скопа (АСМ) в качестве метрологического средства измерения. Для разрешения данной проблемы мы предлагаем концепцию «виртуаль ного микроскопа».

Вместо обычного порядка проведения измерений «объект — изоб Рис. 2. Сопоставление теоретических (а) и экспериментальных (б) ражение — модель — параметры» мы предлагаем следующий подход:

зависимостей для ns = 8·1011 см2 — (1) и (4), ns = 6,9·1011 см2 — «параметризованная модель объекта — моделирование получение (2) и (5), ns = 6,3 · 1011 см2 — (3) и (6) изображений — сравнение реального и модельного изображения — подгонка параметров модели объекта для получения лучшего совпа дения».

В начале необходимо создать библиотеку математических тест объектов. Параметры таких тест-объектов должны совпадать с ре альными тест-объектами, используемыми для калибровки средств измерений (СЭМ или АСМ, например, универсальной линейной ме рой МШПС-2,0 К), или соотноситься с параметрами природных или производимых нанообъектов. Собственно процесс моделирова ФФКЭ 19 20 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ ние получения изображения выполняется на виртуальном микроско- 3. Joy D.C. Monte Carlo Modeling for Electron Microscopy and пе (СЭМ и АСМ), который представляет собой набор программных Microanalysis. — New York: Oxford University Press, 1995.

модулей, обеспечивающих реалистичное взаимодействие зонда мик 4. Binnig G., Quate C.F., Gerber Ch. Atomic force microscope // роскопа с образцом, и моделирование процесса проведения измере Phys. Rev. Lett. — 1986. — V. 56. — P. 930–933.

ний в целом. Наиболее точным способом моделирования СЭМ явля ется метод Монте-Карло [3]. Моделирование АСМ в контактной моде сводится к конволюции между формой зонда и рельефом тест-объек та. [4]. В результате такого моделирования получается изображение математического тест-объекта. УДК 004. Процедура измерений состоит из нескольких шагов. На первом Курьянович Е.Е.

шаге получают изображение исследуемого объекта с помощью СЭМ или АСМ. На втором шаге делают начальное предположение о ре Московский физико-технический институт льефе нанообъекта.

Затем создают математическую модель иссле (государственный университет) дуемого рельефа, используя библиотеку математических тест-объек Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых тов. На следующем шаге с помощью виртуального микроскопа полу материалов РАН чают модельное изображение. Изображение параметризуется и уста навливаются кросс-корреляционные зависимости между параметра Моделирование эмиссионной томографии ми тест-объекта и полученного модельного изображения. Парамет с конфокальной системой коллиматоров ры тест-объекта варьируются для получения наилучшего совпаде ния между реальным и модельным изображениями. Погрешность в определении значений параметров тест-объекта определяется из В настоящее время эмиссионная томография является важным погрешностей экспериментального оборудования и кросс-корреляци- методом медицинской диагностики. Суть метода заключается в сле онных кривых. дующем: в организм пациента вводится радиоактивный изотоп, скап В докладе будут изложены специфические особенности метроло- ливающийся в интересующем нас месте (например, в опухоли). За гического использования СЭМ и АСМ в области микро- и наноэлек- тем с помощью детектора регистрируется испущенное под различны троники. ми углами излучение. После этого с использованием специального Авторы выражают благодарность Российскому Министерству об- алгоритма из набора проекций восстанавливается трёхмерное изоб разования и науки (Федеральному агентству науки и инноваций, кон- ражение.

тракт 02.513.11.3224) за финансирование проводимых исследований. Недостатком изображения, получаемого с использованием тра диционной схемы, в которой коллиматоры в детекторе параллель СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ны, является высокая зашумленность восстановленного изображе ния. Возможным способом решения этой проблемы является исполь 1. Novikov Yu.A., Rakov A.V., Todua P.A. Nanotechnology and зование схем с конфокальными (оси которых пересекаются в одной nanometrology // Proceedings of the Prokhorov General Physics точке) детекторами. Данная работа посвящена компьютерному мо Institute. — 2006. — N. 62. — P. 3–13.

делированию таких схем и исследованию их разрешения.

2. Novikov Yu.A., Ozerin Yu.V., Plotnikov Yu.I., Rakov A.V., Была выведена функция источника идеальной системы коллима Todua P.A. Linear measure in the micrometer and nanometer торов, то есть суммарный сигнал, получаемый детекторами, в зави ranges for scanning electron microscopy and atomic force симости от расстояния до центра. Оказалось, что полученная функ microscopy // Proceedings of the Prokhorov General Physics ция на бесконечности не обращается, как предполагалось, в ноль, Institute. — 2006. — N. 62. — P. 36–76.

ФФКЭ 21 22 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ учитывая, что в этом соединении ядерная спиновая система посред а спадает по степенному закону. Однако основной вклад в сигнал ством сверхтонкого взаимодействия сильно связана с электронной.

вносят всё же области вблизи центра.

В этом случае, наблюдая ЯМР на ядерной подсистеме и следя за Для исследования разрешения системы было произведено ком его изменением с магнитным полем, мы получаем набор точек, кото пьютерное моделирование для различных размеров коллиматоров рые при пересчёте в частоту АФМР дадут нам спектр возбуждений и распределений излучающего вещества. Было обнаружено, что с электронной подсистемы в отсутствие спин-спиновой связи с ядер уменьшением диаметра канала разрешение системы растёт, но даже ной системой. Температура, при которой мы наблюдали ЯМР, была когда он стремится к нулю, области вдали от центра всё же вносят равна 4,2 К.

вклад в сигнал. Также были смоделированы различные отклонения Рассмотрим ядра ионов Mn2+. Они обладают спином, и элек от идеальных условий. Оказалось, что когда телесный угол, покрыва тронная оболочка вокруг каждого иона также обладает спином S.

емый детекторами, ограничен, разрешение системы падает. В целом Вследствие этого появляется сверхтонкое взаимодействие, и вклад моделирование доказало, что исследуемый метод может быть осо сверхтонкого взаимодействия в эффективное поле на ядре будет вы бенно полезен при исследовании сильно локализованных скоплений ражаться формулой излучателя.

aS Hn =.

n Здесь Hn — эффективное магнитное поле спин-спинового взаимо УДК 537.622. действия, a — константа взаимодействия, S — усреднённый спин Лунёв Ф.В. оболочки, n — ядерное гиромагнитное отношение. Если взаимодей ствие достаточно сильное, то поляризация спинов электронной обо Московский физико-технический институт лочки одного иона далее распространяется на соседние ионы Mn2+ и (государственный университет) спины их ядер (сул-накамуровское взаимодействие). Вследствие та Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых кого взаимодействия при низких температурах происходит выстраи материалов РАН вание ядерных спинов с образованием ядерной магнитной подрешёт ки со своей намагниченностью.

Исследование антиферромагнитного В отсутствие электронно-ядерного спинового взаимодействия ис резонанса в KMnF3 чезает намагниченность ядерной подрешётки. ЯМР может наблю даться и при нулевом внешнем магнитном поле вследствие сверхтон KMnF3 — антиферромагнетик со структурой перовскита, обла- кого расщепления. Тогда частота резонанса будет определяться эф дающий замечательными свойствами. Его одним из первых соеди- фективным сверхтонким полем. В нашем случае частота ЯМР при нений применили для наблюдения антиферромагнитного резонанса нулевом внешнем поле равна (АФМР).

n0 = 687 МГц.

Резонансные частоты АФМР для обычных мод в полях порядка нескольких килоэрстед в KMnF3 превышают 8 ГГц. Генерация та Если учитывать эффект намагниченности ядерной подрешётки и кого высокочастотного излучения в широком диапазоне 8–15 ГГц, связь её с электронной спиновой системой, то для наблюдаемой ча создание волноводов и конструкция установки сопряжены со значи стоты ЯМР имеем [1] тельными экспериментальными трудностями.

Необходимость использования излучения частоты АФМР в T 2 2 n = n0 KMnF3, однако, не является критической. Есть возможность перейти = n0 2.

2 e0 + T T в область более доступных частот (частот ядерного магнитного резо- 1+ e нанса (ЯМР) порядка 600 МГц) с меньшим диапазоном изменения, ФФКЭ 23 24 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 53. Здесь n — экспериментальная частота ЯМР (с внешним полем), n0 — частота ЯМР без внешнего магнитного поля, e0 — частота Лысов И.Д.1,2, Шаронов В.А.1, АФМР, T = const = 2 HE A I = 2 Московский физико-технический институт (государственный университет) 9, = (2,80 · 106 Гц/Э)2 (0,868 · 106 Э) = 15,4 ГГц2 Э Научно-исследовательский центр по изучению свойств T поверхности и вакуума при T = 4,2K, где HE — эффективное обменное поле, A — константа Корреляционный анализ как метод взаимодействия, I — усреднённая ядерная намагниченность.

Формула для связи наблюдаемой частоты ЯМР и интересующей исследования нанорельефа нас частоты АФМР:

2 7,26 ГГц n0 T С развитием современных нанотехнологий предъявляются всё 2 e0 + T = =.

2 2 0,472 ГГц2 n n0 n большие требования к точности измерительной техники и позици онирующих механизмов. Калибровка такой техники задаёт в свою В работе был получен спектр АФМР для KMnF3 с рядом новых, ра- очередь высокие требования к стабильности изготовления калибро нее неизвестных, мод, дано возможное объяснение их причин. При- вочных образцов. Обычно для калибровки микроскопной техники водятся графики АФМР, полученные нами и ранее японскими ис- (атомно-силовые, туннельные и др. микроскопы) используют пласти следователями [2] при более высоких температурах, то есть выше ны, как правило, кремниевые, с нанесённым на них микрорельефом температуры жидкого гелия 4,2 К. известной геометрии. В зависимости от требований, это может быть одномерная, двумерная или трёхмерная структура.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ В настоящей работе даётся обзор методики исследования наноре льефа, основанного на корреляционном анализе. Этот метод позво 1. Witt G., Portis A. Nuclear Magnetic Resonance Modes in ляет оценить чистоту поверхностей образца, являющихся кристалли Magnetic Materials // Phys. Rev. — 1964. — V. 135. — ческой плоскостью. Поверхность образца (экспериментальная мера, P. 1616–1618.

призванная заменить собой МШПС-2,0 К) cканировалась при помо щи атомно-силового микроскопа, после чего из полученных данных 2. Kunio S. Spin-Reorientation and Antiferromagnetic Resonance in выбирались контрольные точки, соответствующие граням верхнего the Low Temperature Phase of KMnF3 // J. Phys. Soc. Jpn. — и нижнего оснований соответственно. Рассчитывался коэффициент 1975. — V. 38, N. 2. — P. 373–382.

корреляции между точками, лежащими на одной строке, а также между усреднёнными значениями по пять строк. Для сравнения про водилось моделирование кристаллической плоскости со случайными сколами атомарного масштаба и вычислялся коэффициент корреля ции между двумя концами верхнего основания.

В настоящей работе использовался экспериментальный образец калибровочной меры, выполненный по технологии анизотропного хи мического травления кремниевой пластины. Для сканирования его поверхности использовался микроскоп Solver-Pro (NT-MDT, Зелено град), обработка результатов производилась при помощи скриптов, написанных на языке Python.

ФФКЭ 25 26 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 621.387.35 кремния в различных режимах работы источника. На основе соот ношения экспериментальной и теоретической скорости распыления Матвеев Т.Н.1,2, Шевчук С.Л.2, Маишев Ю.П.2 рассчитан коэффициент перезарядки и установлена его зависимость 1 от параметров разряда и геометрии канала.

Московский физико-технический институт (государственный университет) СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Физико-технологический институт РАН 1. Kinoshita T., Hane M., McVittee J.P. Notching as an Формирование и исследование пучков example of charging in uniform high density plasmas // быстрых атомов аргона J. Vac. Sci. Technol. B. — 1996. — V. 14. — P. 560–565.

2. Okigawa M., Yshikawa Y., Ichihashi Y., Samukawa S. Ultraviolet Процесс изготовления СБИС включает в себя формирование induced damage in uorocarbon plasma and its reduction by pulse структур субмикронных размеров. Все современные методы форми time-modulated plasma in charge coupled device image sensor рования таких структур связаны с использованием заряженных ча wafer processes // J. Vac. Sci. Technol.B. — 2004. — V. 22. — стиц (ионно-плазменная или ионно-лучевая обработка). Недостатки P. 2818–2822.

этих методов связаны с дефектами, обусловленными захваченным зарядом [1] или возникающими под действием УФ-ВУФ излучения в процессе травления [2]. Таким образом, для осуществления преци зионного процесса травления субмикронных структур необходимо УДК 533.9.082. устранить как заряд на поверхности, вносимый ионами плазмы, так и дефекты, возникающие под воздействием УФ и ВУФ излучения Мяконьких А.В.1,2, Руденко К.В. плазмы. Одним из перспективных направлений решения этих задач Московский физико-технический институт является разработка источников направленных нейтральных.

(государственный университет) Формирование пучков атомов аргона осуществлялось с помо Физико-технологический институт РАН щью источника быстрых атомов, разработанного на основе источ ника ионов «Радикал». Была проведена модернизация ионно-опти Функция распределения электронов ческой системы источника с целью формирования канала переза рядки ионов. Резонансная перезарядка пучка ионов осуществлялась по энергиям и электронная температура на газовой мишени собственного газа внутри канала перезарядки.

ICP-плазмы в технологических реакторах Получены пучки быстрых атомов аргона с коэффициентом переза рядки свыше 90%, при этом скорость распыления SiO2 составила до микроэлектроники 30 нм/мин.

Проведены теоретические исследования оптимальных условий ре- В настоящей работе проводится анализ возможностей метода зон зонансной перезарядки на собственном газе. При этом была опреде- да Ленгмюра для измерения энергетических параметров электро лена зависимость перепада давления в зоне ионизации к давлению нов плазмы, применяемой в технологии микроэлектроники. Акту в зоне обрабатываемой подложки от геометрии канала перезаряд- альность задачи определяется возрастающими эффектами зарядки ки, установлена зависимость вероятности перезарядки от геометрии поверхности и их влиянием на геометрию формируемых микрострук канала. тур в субмикронном диапазоне размеров.

Проведены экспериментальные исследования для определения Разработка динамических методов проведения зондовых измере оптимальных условий перезарядки. Проведено распыление диоксида ний в условиях реакционноспособной плёнкообразующей плазмы [1] ФФКЭ 27 28 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ позволяет проводить измерения в реальных технологических газах, (рис. 2), причём степень видоизменения зависит от обрабатываемого применяемых для анизотропного травления. В работе [2] показано, материала, что объясняется поступлением в объём реактора продук что нахождение пластины в камере реактора и гетерогенные физико- тов травления слоев. Проведен анализ возможности минимизации химические процессы существенно меняют параметры плазмы. эффектов зарядки при помощи выбора оптимальных параметров В общем случае ФРЭЭ f () электронный ток на зонд определя- разряда и ВЧ-смещения пластины.

ется выражением ( eV ) ie (V ) = Cne eS f ()d, (1) eV где S — площадь поверхности зонда;

ne — плотность электронов;

— энергия электронов, и V — потенциал зонда относительно плаз мы. Если зависимость электронного тока от зондового напряжения известна, ФРЭЭ может быть вычислена одним из следующих спосо бов. Метод двойного дифференцирования использует прямое выра жение ФРЭЭ из уравнения (1) через вторую производную зондового тока. Достоинством метода является простота применения, однако двойное дифференцирование экспериментальной ВАХ приводит к сильной зашумленности результата. Другой метод основан на ана- Рис. 1. ФРЭЭ плазмы газов — пустая лизе равенства (1) как интегрального уравнения относительно f (e). камера (а) Ar;

(б) SF6 /O2 /Ar Данная задача является некорректной и требует существенного огра ничения класса функций, на котором находится решение. В случае максвелловской ФРЭЭ с температурой электронов Te равенство (1) принимает вид, соответствующий прямой в полулогарифмических координатах. Таким образом, по виду графика электронного тока можно судить о виде ФРЭЭ и в максвелловском случае определять электронную температуру по его наклону.

В настоящей работе проводится анализ вида ФРЭЭ плазмы сме си газов SF6 /O2 /Ar при травлении структур poly-Si/SiO2 /Si (затвор ная МОП-структура), а также верификация корректности вычисле ния ФРЭЭ методом двойного дифференцирования с применением полиномиальной интерполяции в условиях зашумленности данных.

Показано, что применение использованного метода не искажает зна чения электронной температуры и не приводит к утере характерных особенностей вида ФРЭЭ.

Рис. 2. ФРЭЭ плазмы SF6 /O2 /Ar Вид ФРЭЭ для смеси технологических газов существенно зави- при травлении (а) поликремния сит от исходного состава плазмообразующих газов (рис. 1). Бимакс- (Te = 6,3 эВ);

(б) SiO2, (Te = 3,8 эВ) велловское распределение электронов в SF6 /O2 /Ar объясняется ре зонансным рассеянием электронов в молекулярной плазме. Внесе ние в реактор обрабатываемой пластины также изменяет вид ФРЭЭ ФФКЭ 29 30 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ больших концентраций электронного газа). Учёт пластины приводит к появлению поляризационных токов в диэлектрике, которые вза 1. Руденко К.В., Мяконьких А.В., Орликовский А.А., Пусто- имодействуют с электронными зарядами и существенно изменяют вит А.Н. Зондовые измерения параметров плазмы в технологи- спектр T E-плазмон-поляритонов. В отличие от спектра диэлектри ческих HDP-реакторах микроэлектроники в условиях осажде- ческого волновода, у основной моды появляется щель, при больших ния диэлектрических плёнок // Микроэлектроника. — 2007. — концентрациях электронного газа моды любого порядка высокодоб Т. 36, № 1. — С. 17–30. ротны.

2. Руденко К.В., Мяконьких А.В., Орликовский А.А. Мониторинг плазмо-химического травления структур poly-Si/SiO2/Si: зонд Ленгмюра и оптическая эмиссионная спектроскопия // Микро электроника.- 2007. — Т. 36, № 3. — С. 206–221.

УДК 533. Павлов В.Н.1, Волков В.А. Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН Институт радиотехники и электроники РАН Поперечные плазмон-поляритоны Рис. в полупроводниковых структурах с двумерным электронным газом СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ando T., Fowler A.B., Stern F. Electronic properties of two В металлических и полупроводниковых структурах могут су dimensional systems // Reviews of Modern Physics. — 1982. — ществовать бегущие волны электронной плотности (плазменные V. 54, N. 2. — P. 437–672.

волны, или плазмоны) [1]. Когда их фазовая скорость не ма ла по сравнению со скоростью света, они сильно взаимодейству 2. Фалько В.И., Хмельницкий Д.Е. Что, если двумерная прово ют со светом: такие возбуждения называются плазмон-полярито димость больше скорости света? // ЖЭТФ. — 1989. — Т. 95. — нами. Плазмон-поляритоны в слоистых структурах носят продоль С. 1988–1992.

ный (волна T M -типа) или поперечный (волна T E-типа) характер.

T E-плазмон-поляритоны в газе 2D-электронов не существуют [2].

В реальных структурах 2D-электронный газ концентрации ns находится внутри полупроводниковой пластины с диэлектрической проницаемостью и конечной толщиной d, которая при любом d является диэлектрической волноводом. В данной работе исследо ван спектр T E-колебаний в этой системе (рис. 1), показан случай ФФКЭ 31 32 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ что являеется неотъемлемой частью корректного описания магнит УДК 538. ной структуры наноцепочек Mn. Второй этап заключался в самосо Руденко А.Н. гласованном расчёте энергий различных магнитных конфигураций.

На третьем этапе рассчитывались параметры обменного взаимодей Уральский государственный технический университет — УПИ ствия.

Обменные взаимодействия в наноцепочках марганца на подложке CuN (100) Исследования магнитных наноматериалов представляют собой важную область нанотехнологий, которая окажет существенное вли яние на прогресс в различных областях (таких, как новые устройства медицины для терапии и диагностики болезней, магнитные устрой ства хранения информации и т. д.). Наличие магнитного момента у наносистемы позволяет исследователю изменять физические свой- Рис. 1. Релаксированная структура цепочки из ства наноматериала, прикладывая внешнее магнитное поле. Техно- двух атомов марганца на подложке CuN (100) логическое применение магнитных наноматериалов основывается на Релаксированная структура имеет ряд интересных геометриче точном управлении взаимодействия между спинами.

ских особенностей (рис. 1). Присутствие атомов Mn на поверхно В данной работе были проведены ab initio расчёты магнитных сти подложки вызывает перераспределение атомов в верхнем слое свойств наноцепочек марганца (Mn) различной длины на подлож CuN-поверхности. Главным образом это касается атомов азота (N).

ке CuN (100). В качестве методов расчёта использовалась теория В отличие от чистой CuN-подложки, при наличии атомов Mn, атомы функционала электронной плотности (DFT) в рамках подхода про N, находящиеся между атомами Mn, выходят из подложки на зна екционных плоских волн (PAW) [1]. Для учёта обменно-корреляцион чительное расстояние от верхнего слоя. При этом атомы Mn-N-Mn ных эффектов использовалось приближение локальной плотности с образуют угол 143. Атомы N на границах цепочки также выходят учётом кулоновского одноузельного взаимодействия (LDA+U). При из плоскости подложки в z-направлении, но на меньшее расстояние.

выполнении расчётов не учитывались эффекты спин-орбитального Такое положение атома N между атомами Mn играет существенную взаимодействия и не допускалось неколлинеарное упорядочение маг роль в обменных взаимодействиях между атомами Mn (суперобмен нитных моментов.

ное взаимодействие).

Основной целью работы было определение параметров изотроп Исходя из самосогласованного расчёта энергий можно вычислить ного обменного взаимодействия и сравнение с экспериментальными параметры обменного взаимодействия. Так, димера обменный пара данными по сканирующей туннельной микроскопии (STM) [2].

метр имеет вид Обменные параметры входят в модельный спиновый гамильтони EF M EAF M J=, ан Гейзенберга:

2S H= Jij Si Sj, где S — спин атомов, в нашем случае для атомов Mn его можно ij считать S = 5/2.

определить которые можно исходя из разностей энергий для различ- Результатом расчётов является обменное взаимодействие между ных магнитных конфигураций атомов. ближайшими атомами J = 6,0 мэВ. Экспериментальное значение Проведенные расчёты можно разделить три этапа. На первом этого параметра составляет Jэксп = 6,4 мэВ. Как видно, имеется до этапе выполнялась полная структурная релаксация исследуемой статочно хорошее согласие между расчётным и экспериментальным системы в основном магнитном состоянии (антиферромагнитное), ФФКЭ 33 34 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 620. значением. Заметим, что расчёты, выполненные без учёта релакса ционных эффектов, приводят к значению J = 12,4 мэВ.

Спиридонов М.В.1, Батурин А.С.1, Певгов В.Г.2,1, Таким образом, на основании результатов данной работы в рам Григорьев Г.К. ках ab initio методов расчёта обоснованы результаты STM экспери мента по измерению изотропных обменных взаимодействий между Московский физико-технический институт атомами Mn на подложке CuN (100). Ключевую роль в описании (государственный университет) обменных взаимодействий играет структура исследуемой системы, Российский онкологический научный центр а именно, перераспределение атомов подложки вблизи магнитных им. Н.Н. Блохина РАМН атомов. Московская городская телефонная сеть Расчеты были выполнены на компьютерном кластере «Универси тетского Центра Параллельных Вычислений» УГТУ-УПИ. Исследование молекулярных комплексов сыворотки крови методами лазерной СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ корреляционной спектроскопии 1. Blchl P.E. Projector augmented-wave method // Physical Review o и атомно-силовой микроскопии B. — 1994. — V. 50. — P. 17953–17979.

2. Hirjibehedin C.F., Lutz C.P., Heinrich A. Spin Coupling in Выявление онкологических заболеваний на ранней стадии явля Engineered Atomic Structures // Science. — 2006. — V. 312. — ется одной из приоритетных задач современной медицины, в связи P. 1021–1024.

с наличием тенденции к их росту. Известно, что развитие онкологи ческого процесса в организме сопровождается изменением реакции регуляторных систем — эндокринной, иммунной и свертывающей, что в свою очередь вызывает изменение состава плазмы (сыворот ки) крови и её форменных элементов. Во всем мире продолжаются поиски устойчивых маркеров онкологического процесса среди компо нентов сыворотки крови. Эти работы посвящены изучению состава иммуноглобулинов, изменениям в структуре и составе альбуминов и липопротеинов. К настоящему моменту попытки выделить из много компонентного раствора — сыворотки крови — один единственный, но абсолютно селективный маркер, не дают устойчивых результатов.

В то же время, кровь как целое значительно раньше реагирует на любые изменения обстановки в организме.

К сожалению, хотя компоненты сыворотки крови, после их разде ления химическими и физическими методами, изучены достаточно хорошо, мы мало что знаем об их взаимодействии — кластеризации, полимеризации и т. д. — непосредственно в крови, что связано с от сутствием до недавнего времени необходимых методов исследования, позволяющих изучать этот объект в условиях близких к in vivo.

В этом отношении уникальные возможности предоставляет метод лазерной корреляционной спектроскопии (ЛКС), сущность которого ФФКЭ 35 36 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ заключается в регистрации спектральных характеристик монохрома- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ тического когерентного излучения, рассеянного изучаемой дисперс 1. Бажора Ю.И., Кресюн В.И., Запорожан В.Н., др. Молеку ной системой, и в последующем восстановлении гистограммы разме лярно-генетические и биофизические методы исследования в ров частиц, содержащихся в системе, с помощью математической об медицине. — К.: Здоров’я, 1996. — 207 с.

работки [1]. Метод ЛКС позволяет исследовать в реальном времени субфракционный состав биологических жидкостей человека в широ 2. Тахауов Р.М., Семёнова Ю.В., Карпов А.Б., Носкин Л.А. До ком диапазоне размеров (1 нм–10 мкм). При этом, что очень важно, клиническая диагностика гомеостатического дисбаланса у ра в процессе пробоподготовки и эксперимента слабосвязанные класте ботников плутониевого производства // Сибирский медицин ры сыворотки крови не подвергаются целенаправленному разруше ский журнал. — 2003. — № 5. — С. 90–95.

нию. Это обуславливает широкое применение ЛКС в современных исследованиях в биомедицине для оценки метаболических сдвигов 3. Мерлич К.И., Гешелин С.А., Носкин Л.А., др. Лазерная корре в организме человека при различных воздействиях (радиационном ляционная спектроскопия в исследовании субфракционного со облучении [2], в токсикологических исследованиях [3]). става плазмы крови больных с желудочным кровотечением, че В настоящей работе представлены результаты комплексного ис- репно-мозговой травмой и интоксикациями // Вестник экспери следования методами лазерной корреляционной спектроскопии и ментальной биологии и медицины. — 1993. — № 6. — С. 220–222.

атомно-силовой микроскопии липопротеиновых комплексов в сыво ротке крови здоровых доноров и пациентов с сердечно-сосудистыми и онкологическими патологиями. Актуальность такого подхода обу словлена тем, что метод ЛКС при всех своих преимуществах позво УДК 530. ляет получить лишь интегральные (статистические) характеристи ки исследуемых образцов жидкости. При этом для восстановления Филиппов С.Н.1,2, Вьюрков В.В. гистограммы распределения частиц по размерам требуются модели, Московский физико-технический институт описывающие рассеивающие частицы. Напротив, метод атомно-сило (государственный университет) вой микроскопии (АСМ) является методом прямого наблюдения и Физико-технологический институт РАН позволяет детально визуализировать сложную структуру отдельных объектов ансамбля, существенно дополняя и уточняя информацию, Реализация логической операции CNOT получаемую методом ЛКС.

В результате данного исследования нами отработаны методики в квантовом компьютере на квантовых пробоподготовки, позволяющие сопоставлять распределения спек точках с электронными орбитальными тров размеров биологических объектов в сыворотке крови, получен ные методами ЛКС и АСМ. Изменения распределения размеров био- состояниями без перемещения заряда объектов в сыворотке крови, возникающие при различных патоло гиях, которые неоднократно изучались с помощью ЛКС, получили Квантовые компьютеры с электронными зарядовыми состояния подтверждение независимым эскпериментальным методом. ми привлекательны простотой измерения конечного состояния куби Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Мини- тов (с помощью элементов, чувствительных к заряду: одноэлектрон стерства образования и науки РФ (грант РНП 2.1.2.9353). ного транзистора, квантовой нити, квантового сужения). Существен ный недостаток подобных конструкций — сильные процессы декоге рентизации из-за неконтролируемого кулоновского взаимодействия между кубитами при перемещении в них заряда во время вычис лений. Задача устранения этого механизма декогерентизации была ФФКЭ 37 38 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ состояний имеет вид решена в работе [1]. Помимо отсутствия перемещения заряда в ходе вычислений, кубиты также нечувствительны к флуктуациям напря 01 1 жения на управляющих электродах и могут быть заморожены на хо-, H=A +P 10 лостом ходу, а время декогерентизации ограничивается двухфонон ными процессами. Однако в этой работе не была подробно рассмот где множители A и P зависят от напряжения, приложенного к элек рена двухкубитовая квантовая операция CN OT, которая вместе с тродам E и T.

однокубитовыми операциями (преобразование Адамара H, фазовые Однокубитовые операции легко выполняются посредством выбо вентили Z() и Z(/4)) образуют дискретный универсальный набор ра величины импульсов A и P, а также времени их действия. Среди операций, позволяющих осуществить любое преобразование вектора двухкубитовых операций наиболее простой для реализации являет состояния компьютера [2].

ся операция SW AP между соседними кубитами. Она получается пу Кубит в рассматриваемом компьютере представляет собой пару тём подачи последовательных импульсов на E электроды, которые двойных квантовых точек (ДКТ), причём в каждой ДКТ содержит приводят обмену состояниями между соседними ДКТ. Реализация к ся по одному электрону (рис. 1). Электрод E влияет на величину операции SW AP проиллюстрирована на рис. 1. Использование опе обменного взаимодействия между ДКТ, а электрод T — на тунне раций с применением E электрода выводит нас из привычного 4-мер лирование между квантовыми точками, составляющими одну ДКТ.

ного подпространства состояний +|+, +|+, +|+, +|+ и Два наименьших по энергии состояния электрона в ДКТ: |+ и |.

добавляет к этому набору также состояния ++| и |++. Таким В случае спин-поляризованных электронов в качестве двух основных образом, матрицы SW AP и SW AP имеют размерность 6 6. Это состояний кубита выступают обстоятельство приводит к следующему выражению для оператора контролируемого изменения фазы:

|0 = |+1 |2 |+2 |1, 2 ZR · · ZL () R · П= ZL SW AP 1 SW AP.


2 |1 = |1 |+2 |2 |+1, 2 Операция CN OT осуществляется с помощью последовательности где в произведении кет-векторов первому соответствует простран- операций ственное состояние в левой ДКТ, а второму — в правой ДКТ, индек- CN OT = L HR · П · L HR, 1 сы 1 и 2 обозначают номера электронов.

индекс L (R) соответствует левому (правому) кубиту.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. V’yurkov V. V., Gorelik L. Y. Charge based quantum computer without charge transfer // Quantum Computers & Computing. — 2000. — N. 1. — P. 77–83.

2. Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. — Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотиче ская динамика», 2004.

Рис. 1. Реализация операции SW AP Унитарные преобразования кубита описываются гамильтониа ном в матричном представлении, который в базисе описанных выше ФФКЭ 39 40 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 537.226.1 тока Icap при определённых v, можно вычислить ёмкость структуры (C = Icap /v) для каждого V (рис. 2).

Чуприк А.А.1, Зенкевич А.В.2, Лебединский Ю.Ю.2, Fanciulli M. Московский физико-технический институт (государственный университет) Московский инженерно-физический институт (государственный университет) Italian Institute for the Physics of Matter АСМ исследование CV -характеристик Ni/HfO2 /SiO2 /Si-структур Дальнейшее увеличение быстродействия и уменьшение разме ров транзисторов в микросхемах логики и памяти, изготовленных по технологии КМОП (комплементарные устройства на структурах металл-оксид-полупроводник), требует уменьшения толщины подза творного оксида до размеров менее 1 нм [1]. Однако при такой тол Рис. 1. IV -кривые, полученные при скорости развёртки на щине используемый до настоящего времени оксид кремния становит- пряжения v = 2 В/с ся туннельно-прозрачным, поэтому, в качестве альтернативы SiO2 в последние годы рассматриваются материалы с высокой диэлектриче ской проницаемостью на основе оксидов металлов (основной канди дат — материал на основе HfO2 [2–4]), которые обеспечивают требу емую «эквивалентную» (оксиду кремния) толщину при достаточно большой физической толщине диэлектрика. В настоящее время од ной из актуальных задач является определение CV -характеристик субмикрометровых HfO2 структур. Именно на таком малом мас штабе, когда другие методы бессильны, атомно-силовой микроскоп (АСМ) является мощным инструментом для изучения электриче ских свойств.

В данной работе были изучены CV -характеристики Ni/HfO2 /SiO2 /Si структур с никелевым верхним электродом в виде квадрата. Суть АСМ метода измерения CV -характеристик заключается в измерении ёмкостных токов, протекающих через Рис. 2. CV -характеристики, полученные при v = 0,2 В/с и контакт зонд-образец, при различных скоростях развёртки напряже при v = 2 В/с ния, приложенного к образцу, при заземлённом зонде. Приведённые на рис. 1 характерные I V кривые получены при скорости С другой стороны, ёмкость Ni/HfO2 /SiO2 /Si структуры может быть вычислена из геометрических параметров структуры с помо развёртки напряжения v = 2 В/с. Измеряя ёмкостную компоненту щью модели плоского конденсатора. Для структуры с толщиной слоя ФФКЭ 41 42 ФФКЭ Секция нанотехнологии 50-я научная конференция МФТИ УДК 53. HfO2 3 нм (диэлектрическая проницаемость k = 22), толщиной слоя SiO2 1 нм (k = 3,82) и площадью Ni электрода (27,5 мкм)2 ёмкость Шаронов В.А.1,2, Лысов И.Д.1, составляет 18 пФ. Эта величина приблизительно соответствует экспериментальным результатам. Московский физико-технический институт При уменьшении размеров Ni электрода ёмкость структуры так- (государственный университет) же будет уменьшаться. Однако с помощью современных АСМ мож- Научно-исследовательский центр по изучению свойств но измерять малые токи (до нескольких фА) и использовать от- поверхности и вакуума носительно большие скорости развёртки напряжения (до 200 В/с).

Определение ширины линии элемента Поэтому представляется возможным измерение CV -характеристик Ni/HfO2 /SiO2 /Si структур субмикрометрового размера.

рельефа с формой профиля, близкой Полученные таким образом CV -характеристики были сопостав к трапеции, с помощью атомно-силового лены с результатами контактной сканирующей ёмкостной микроско пии [5].

микроскопа в нанометровом диапазоне СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Одним из методов контроля геометрических размеров элементов рельефа с формой профиля, близкой к трапеции, является метод с 1. The International Technology Roadmap for Semiconductors.

использованием атомно-силового микроскопа (АСМ).

2. Wilk D., Wallace R.M., Anthony J.M. // J. Appl. Phys. — 2001. — В настоящем сообщении предложена геометрическая модель фор V. 89. — P. 5243. мирования кривой сигнала АСМ в процессе сканирования его зондом элемента рельефа с трапециевидным профилем. В модели рассмот 3. Green L., Gusev E.P., Degraeve R., Garfunkel E. // рены два способа обработки кривой сигнала: способ линеаризации J. Appl. Phys. — 2001. — V. 90. — P. 2057.

участков этой кривой и способ её дифференцирования. Показано, что такая обработка кривой сигнала АСМ позволяет прямым обра 4. Lee J., Jeon T.S., Kwong D.L., Clark R. // J. Appl. Phys. — зом определить размер верхнего основания трапециевидного профи 2002. — V. 92. — P. 2807.

ля. Приведены экспериментальные результаты измерений на АСМ 5. Polyakov V.V., Myagkov I.V., Tregubov G.A., Bykov An.V. Book параметров профиля элементов рельефа меры МШПС-2,0 К, кото of Abstracts of ICMNE. — Zvenigorod: 2005. — P. 3–16. рые имеют верхние основания менее 100 нм. Показано, что в преде лах погрешности измерений эти результаты совпадают с результа тами измерений на растровом электронном микроскопе (РЭМ) тех же самых элементов рельефа. Это позволяет говорить о наличии двух независимых (альтернативных) методов линейных измерений элементов рельефа с трапецеидальным профилем в нанометровом диапазоне, что открывает возможность сличения результатов линей ных измерений одних и тех же элементов рельефа, выполняемых на РЭМ и АСМ.

ФФКЭ 43 44 ФФКЭ 50-я научная конференция МФТИ Секция квантовой электроники TIS) и рентгеновского рассеяния (XRS), а также методов оптической и механической профилометрии (WLI & AFM), наиболее информа тивным и наглядным является способ представления шероховатости с помощью функции спектральной плотности мощности поверхно сти [1, 2].

В докладе приводятся примеры и обсуждаются результаты при менения новых технологий доводки прецизионных оптических по УДК 681. верхностей, в частности так называемый метод магнитореалогиче Азарова В.В.1,2, Голяев Ю.Д.1,3, Колодный Г.Я.1, ской суспензии (МРС).

Тихменев Н.В.1, Занавескин М.Л.4, Асадчиков В.Е.4 Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект номер 07-02-13662.

Научно-исследовательский институт «Полюс»

им. М.Ф. Стельмаха СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Московский государственный институт электроники и математики 1. Azarova V., Golyaev Yu., Kolodnyy G. Light scattering techniques Московский физико-технический институт for measurement of precision laser optical surfaces and high (государственный университет) reective mirrors // Proceeding SPIE. — 2005. — V. 5965. — P. Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН (1-11).

Прецизионные оптические поверхности 2. Занавескин М.Л., Занавескина И.С., Рощин Б.С., Асадчи ков В.Е., Кожевников И.В., Азарова В.В., Грищенко Ю.В., и лазерные зеркала. Их метрология Толстихина А.Л. Исследование шероховатости поверхности и применение методами атомно-силовой микроскопии, рентгеновского рассея ния и дифференциального рассеяния света // Вестник москов ского университета. — 2006. — Серия 3, Физика, 3. — С. 80–82.

Качество лазеров и лазерных приборов в большой степени за висит от качества поверхностей, формирующих резонатор, будь то призменный резонатор или зеркальный. Требования к оптическим поверхностям и лазерным зеркалам прецизионных приборов следу ющие: подложки зеркал — шероховатость 3, лазерные зерка A ла — коэффициент отражения 99,99%–99,999%, интегральный коэф фициент рассеяния 10 50 ppm, минимальная величина рассеяния назад, в моду.

Особой проблемой является метрология параметров таких по верхностей. В настоящее время качество оптических поверхностей достигает единиц ангстрем по величине среднеквадратичной шеро ховатости, что сопоставимо с межатомными расстояниями. Поэтому далеко не все методы измерений могут быть применены для таких сверхпрецизионных поверхностей. При сличении результатов различ ных методов измерения, например, методов рассеяния дифференци ального и интегрального в видимом диапазоне излучения (ARS & ФФКЭ 45 46 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ УДК 535.34 управляя этим параметром, можно эффективно влиять на вероят ность возбуждения квантовой системы.

Арустамян М.Г., Астапенко В.А. Изученные закономерности могут быть использованы в качестве физической основы для конструирования приборов и устройств, ос Московский физико-технический институт нованных на взаимодействии СКЛИ с веществом.

(государственный университет) Особенности взаимодействия сверхкоротких лазерных импульсов УДК с квантовыми системами Георгиева М.А., Брославец Ю.Ю., Фомичёв А.А.

Московский физико-технический институт В последние годы значительно усовершенствованы методы ге (государственный университет) нерации и управления сверхкороткими лазерными импульсами (СКЛИ) с длительностью порядка нескольких фемтосекунд. При Кольцевой перестраиваемый по длине столь малых длительностях имеет место несколько колебаний опти волны лазер на YAG : Cr4+. Проблемы ческой частоты в пределах огибающей импульса. В результате вза имодействие такого лазерного излучения с веществом приобретает двунаправленной генерации качественно новые черты. Например, реакция квантовой системы на СКЛИ будет зависеть от относительной фазы между огибающей и в твердотельном лазере несущей частотой. Данная зависимость исчезает с ростом длитель ности лазерного импульса.

Интенсивное развитие гироскопических приборов для высокоточ Настоящая работа посвящена исследованию особенностей взаимо ных автономных и интегрированных навигационных систем создаёт действия СКЛИ с веществом на простейшем примере двухуровневой предпосылки для поиска и разработки новых лазерных приборов, системы (ДУС) путём численного решения системы уравнений для в которых недостатки газовых лазерных гироскопов (ограниченный оптического вектора Блоха. В рассматриваемом случае из-за боль срок работы и высокая сложность изготовления) и волоконных гиро шой спектральной ширины СКЛИ неприменимо резонансное при скопов (высокие погрешности, особенно в условиях вибраций, меха ближение (приближение вращающейся волны), которое обычно ис нических ударов) были бы устранены. В этом отношении наиболее пользуется для описания подобного рода взаимодействий. Решение удобными и технологичными могут оказаться гироскопы на осно уравнений Блоха проводится в рамках дипольного приближения, за ве кольцевых лазеров с твердотельной активной средой. Вопросы, ведомо справедливого для атомных систем и электромагнитного по связанные с разработкой таких гироскопов, неоднократно рассмат ля оптической частоты. Полученные численные данные используют ривались в работах [1, 5], где указывался ряд важных недостатков, ся для анализа зависимости населенности верхнего энергетического связанных в первую очередь с однородным уширением переходов ак уровня двухуровневой системы от ряда параметров задачи. В числе тивной среды, которое приводит к сильной конкуренции встречных этих параметров следующие величины: отстройка несущей частоты волн и невозможности стабильной двунаправленной генерации [3, 4].

излучения от собственной частоты ДУС, длительность СКЛИ, ам Кроме того, повышенное рассеяние в твердотельной среде ведёт к плитуда электрического поля, разность фаз между огибающей большой величине области захвата частоты. Тем не менее твердо импульса и несущей частотой. В работе, в частности, показано, что тельные лазерные гироскопы успешно функционируют [1, 2], хотя для достаточно коротких СКЛИ появляется сильная зависимость и обладают недостаточной точностью для применения их в навига населенности верхнего уровня от относительной фазы, так что, ции. Необходимо заметить, что все эти работы относятся в основном ФФКЭ 47 48 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ к твердотельным активным средам YAG : Nd3+. Появление новых твердотельных активных сред, в частности обладающих неоднород ным уширением CGGG: Nd (Ca3 Ga2 Ga3 O12 : Nd3+ ) [2], а также ши рокополосных сред типа YAG : Cr4+, Al2 O3 : Ti3+, даёт возможность исследовать стабильность двунаправленной генерации в кольцевом лазере с такими средами, а также ширину области синхронизации встречных волн.

О ИМ OPTICAL BM MULTICHANNEL HEROS МДР-6У ANALYZER ИМО-2Н M C1- Ao prism Ao M3 4+ Cr :YAG M f M four-quadrant Рис. 2. Спектр люминесценции YAG : Cr4+ detector c ФДK- system of termo M M На рис. 2 представлен спектр люминесценции, на рис. 3, 4 — stabiliization f1 chopper спектр генерации лазера на YAG : Cr4+ при различных значениях Y CW Mode-Locked M Nd:YAG LASER температуры кристалла.

system of X stabilization Рис. 1. Экспериментальная установка В работе была собрана экспериментальная установка, включаю щая в себя перестраиваемый по длине волны лазер на YAG : Cr4+, систему накачки на YAG: Nd3+ лазере с выходной мощностью до 9 Вт и комплекс измерительно-регистрационной аппаратуры (рис. 1).

В качестве активного элемента лазерной системы был использован кристалл YAG : Cr4+ с гранями, ориентированными под углом Брю стера.

Резонатор лазера был построен по z-образной оптической схеме и включал в себя два сферических зеркала, обеспечивающих требуе мую плотность излучения в активной среде, и два плоских зеркала.

Для перестройки длины волны была использована призма из кварца, вырезанная для работы под углом Брюстера. Первоначально была получена генерация в линейном бездисперсионном резонаторе в от сутствие призмы, затем настроен лазер с призмой, задающей длину волну генерации. Далее плоские зеркала разворачивались таким об разом, чтобы получить кольцевой резонатор. Рис. ФФКЭ 49 50 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ В работе выполнены расчёты областей устойчивости и размеров 3. Брославец Ю.Ю., Георгиева М.А., Фомичев А.А. Проблема дву перетяжек в требуемых сечениях резонатора лазера для всех конфи- направленной генерации и синхронизации частот встречных гураций лазера. Оптическая схема оптимизирована для уменьшения волн в лазерном гироскопе // XIV Санкт-Петербургская меж влияния астигматизма гауссова пучка, возникающего при наклон- дународная конференция по интегрированным навигационным ном падении на зеркало и наклонном прохождении активной среды системам. — СПб.: 2007.

(под углом Брюстера). Выполнено моделирование динамики генера 4. Брославец Ю.Ю., Георгиева М.А., Фомичев А.А. Захват часто ции по четырёхуровневой схеме, позволившее вычислить оптималь ты встречных волн в лазерном гироскопе при генерации по ное пропускание выходного зеркала и рассчитать требуемые сечения перечных мод высшего порядка // XXV конференция памяти перетяжек излучения генерации и накачки в активной среде. Полу Н.Н. Острякова. — СПб.: 2006.

чен спектр генерации лазера на YAG : Cr4+.

5. Голяев Ю.Д., Задерновский А.А., Столяров С.Н. Твердотель ный кольцевой лазер и возможности его использования в гиро скопии // Эл. техника. — 1983. — № 3, серия 11.

УДК Георгиева М.А., Брославец Ю.Ю.

Московский физико-технический институт (государственный университет) Измерение поглощения и распределения температуры при распространении лазерного излучения в искусственных Рис. 4 алмазах и наноструктурированных средах методом z-сканирования СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Прохождение интенсивного лазерного излучения в оптической 1. Кравцов Е.В., Ларионов Е.Г. Влияние частотной невзаимности среде приводит к ряду эффектов, связанных с поглощением, на на динамику излучения твердотельных кольцевых лазеров // гревом среды и изменением показателя преломления как вслед Квантовая электроника. 2000. 30, №2.

ствие термических эффектов, так и в результате нелинейных эф фектов, в частности керровской нелинейности показателя прелом 2. Беловолов М.И., Державин С.И., Машковский Д.А.и др. Твер ления в полях большой интенсивности. Одним из удобных методов дотельные неодимовые лазеры на кристаллах кальций-галлий германиевого граната Ca3 Ga2 Ga3 O12 : Nd3+ с диодной накач- измерения малых поглощений в оптических средах является метод z-сканирования образца в области перетяжки сфокусированного ла кой // Квантовая электроника. — 2007. — 37, № 8.

зерного пучка [1].

ФФКЭ 51 52 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ где источник тепла Для исследования проявляющихся при воздействии лазерного из r лучения нелинейно-оптических и теплофизических свойств новых Ppump exp Q(r,,z,t) = сред, в частности искусственных алмазов и наноструктурирован- pump pump ных материалов, была создана экспериментальная установка на ос нове Nd3+ : YAG лазера (рис. 1), позволяющая при помощи метода — коэффициент линейного поглощения, K — коэффициент тепло проводности, pump — радиус пучка по интенсивности.

z-сканирования определять поглощение излучения, а также устано вить порог оптического пробоя при воздействии на образец лазерно го излучения наносекундной длительности.

LOCK-IN C1-79 ИМО-2Н AMPLIFIER l=1.064 mm ADC Q-Switched Nd:YAG Laser ИМО- 7 ns 10 kHz ФД-24k R C1- Z f1 w R f O wo ФД-24k w L L0 L ЛФД- Step Motor Drive ADC LOCK-IN AMPLIFIER Рис. 1. Схема экспериментальной установки по измерению поглощения в оптических средах методом z-сканирования Рис. 2. Зависимость сигнала с фотоприемника от смещения Метод основан на перемещении исследуемого образца в области образца относительно фокусирующей линзы. Нижний гра фокусировки гауссова пучка вдоль оси его распространения. При фик соответствует экспериментальным данным для стекла этом изменение плотности мощности излучения в среде приводит НС2, верхний — расчётной кривой к формированию переменной тепловой и керровской линзы. Опти- Перемещение образца проводилось с помощью микрометриче ческая сила тепловой линзы пропорциональна поглощению среды, а ской подвижки с шаговым двигателем, управляемым от компьютера.

керровской — интенсивности излучения и величине керровской нели- Для различных материалов получены зависимости сигнала с фото нейности. приемника от смещения образца относительно фокусирующей лин Для определения величины поглощения в среде по наведенной зы. Этот сигнал пропорционален интенсивности излучения, проходя тепловой линзе рассчитано температурное поле в образце, связанное щего через исследуемую среду с наведенной линзой и ограничивае с тепловыделением при прохождении через среду лазерного пучка с мого диафрагмой в дальней зоне.

гауссовым профилем. При этом использовалось уравнение теплопро- Для определения величины изменения размеров перетяжки в об водности ласти диафрагмы и в образце рассчитана оптическая схема систе 2T 1 T Q(r,,z,t) = мы формирования пучка. В расчётах использовался стандартный ме r +, z r r r K тод на основе описания оптической системы через ABCD-матрицы.

Таким образом получены теоретические зависимости сигнала после диафрагмы от продольной координаты смещения образца.

ФФКЭ 53 54 ФФКЭ Секция квантовой электроники 50-я научная конференция МФТИ Для калибровки установки и определения порога чувствитель ности были проведены измерения на образцах с известными тепло физическими и оптическими параметрами: оптическое стекло НС (рис. 2) и тонкие (0,5 мм) пластинки GaAs (рис. 3).

Полученными теоретическими зависимостями по методу наи меньших квадратов приближены экспериментальные кривые, и, та ким образом, определены параметры зависимостей, откуда найдены поглощаемая мощность и коэффициент поглощения, определяющие температурное распределение в образцах.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.