Главная – Журналы – Автометрия 2023 номер 6

Представлены экспериментальные данные по изучению фононных и оптических свойств нанопроволок GaAs ориентации (111), расположенных на золотой подложке с помощью методов спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ). Структурные параметры нанопроволок были определены методами атомно-силовой (АСМ) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). В спектрах микроКРС и микроФЛ отдельной нанопроволоки GaAs наблюдаются моды оптических фононов GaAs и их обертонов, вплоть до третьего порядка, и полоса экситонной фотолюминесценции. В спектрах микроФЛ проявляется анизотропия интенсивности ФЛ в нанопроволоках, причём максимальный/минимальный сигнал наблюдается при направлении вектора поляризации вдоль/поперёк проволоки. Выполнено картирование наноФЛ отдельной нанопроволоки GaAs с пространственным разрешением 20 нм, что существенно меньше дифракционного предела. При переходе к нанометровым масштабам обнаружено плазмонное усиление сигнала ближнепольной экситонной наноФЛ, обусловленное металлизированной АСМ-иглой.

В условиях сверхвысокого вакуума тремя методами (твердофазной эпитаксией, реактивной эпитаксией и молекулярно-лучевой эпитаксией) выращены эпитаксиальные и поликристаллические плёнки силицидов железа (Fe), хрома (Cr) и кальция (Ca) различной толщины (от 3,2 до 380 нм) на кремниевой и сапфировой подложках. Методом рентгеновской дифракции для них определены кристаллическая структура и сопряжение с решёткой кремния. Сравнительный анализ спектров комбинационного рассеяния света (КРС) и спектров дальней ИК-спектроскопии показал, что максимальной интенсивностью пиков КРС обладают плёнки полупроводниковых силицидов, а обнаруженные сдвиги их положений вызваны искажениями в решётках силицидов. Установлено, что в плёнках моносилицидов железа и хрома при фиксированной длине волны лазерного возбуждения ( λ = 628,3 нм) и мощности 3,4 мВт интенсивность пиков КРС падает с уменьшением толщины плёнки, что приводит к их полному исчезновению при толщине ниже 10 нм. На монокристаллическом сапфире выращены плёнки трисилицида хрома, что позволило впервые обнаружить для него при λ = 488 нм и мощности 0,42 мВт активные фононы КРС в волновых числах 214,3 и 273,1 см^-1. Исследованные плёнки моносилицидов переходных металлов представляют значительный интерес с точки зрения перспектив их использования в качестве материалов для термоэлектроники и спинтроники, а систематизированная информация об активных фононах КРС и ИК-активных фононах позволит оперативно определять тип сформированной фазы сразу после роста плёнок.

Исследованы спектральные характеристики оптически детектируемого магнитного резонанса отрицательно заряженных центров азот-вакансия (NV^-) в синтетических алмазах и наностолбах на их поверхности, сформированных сфокусированным ионным пучком Ga⁺ при заселении нижних спиновых подуровней микроволновым излучением. В ходе исследований для проявляющихся спиновых резонансов при различных значениях внешнего магнитного поля выявлено как существенное уменьшение гиромагнитного соотношения, так и существенное падение контраста фотолюминесценции для направлений центров NV^-, наклонных к оси наностолбов вследствие остаточных дефектов от ионного травления, регистрируемых на спектрах комбинационного рассеяния света в форме пиков от аморфного углерода и графита и создаваемых ими напряжений.

Предложено применение фотополимерной стереолитографии для создания миллифлюидных устройств для проведения спектроскопических исследований. Работоспособность подхода была продемонстрирована на примере создания миллифлюидной кюветы для исследования одиночных ооцитов мыши методом комбинационного рассеяния света (КРС) в условиях меняющегося состава окружающего раствора. Показано, что при использовании конструкции кювет типа «сэндвич» возможно проведение измерений КРС от образцов внутри кюветы, несмотря на интенсивный сигнал от материала, из которого кювета изготовлена.

Предложен метод определения ориентации направления пор в металлоорганических каркасных структурах по спектрам поляризованного комбинационного рассеяния света. В методе используется чувствительность интенсивности линий комбинационного рассеяния света к геометрии распространения в кристалле. Работоспособность метода показана на кристаллах DUT-8 (Ni, Co). Интерпретация полученных результатов выполнена на основе анализа симметрии и направления колебаний в рамках периодических вычислений теории функционала электронной плотности. Одновременный подход позволил описать колебания и найти главную ориентацию кристалла, коллинеарную направлению пор. Знание ориентации пор необходимо для задач адсорбции и конструирования сложных многокомпонентных материалов на базе металлоорганических каркасных соединений.

Теоретически исследован новый метод генерации лазерного излучения без инверсии населённостей в «красном» крыле D₁-линии атомов щелочных металлов при резонансном поглощении широкополосного излучения лазерных диодов накачки на переходе D₁. Причиной возникновения лазерной генерации является то обстоятельство, что в красном крыле спектральной линии вероятность вынужденного испускания превышает вероятность поглощения, если однородное уширение из-за взаимодействия активных частиц с буферным газом существенно превышает естественное (при больших давлениях буферного газа). Получены аналитические формулы, представляющие работу лазера на парах щелочных металлов при поперечной диодной накачке. Выяснено, что наиболее перспективным объектом для наблюдения лазерной генерации без инверсии населённостей в красном крыле D₁-линии атомов щелочных металлов являются атомы цезия. В достаточно длинной активной среде (длина среды в 50 раз превышает её ширину) эффективность преобразования излучения накачки в лазерное излучение может достигать 57 % при давлении буферного газа 5 атм, интенсивности излучения диодов накачки 5 кВт/см² и полуширине его спектра 1 см^-1. Частота лазерного излучения может перестраиваться на несколько десятков см^-1.

Узкие спектральные моды, формирующие спектр генерации волоконного лазера вынужденного комбинационного рассеяния со случайной распределённой обратной связью вблизи порога генерации, представляют большой интерес как с фундаментальной, так и с практической точки зрения. Малая спектральная ширина, стохастический характер генерации и относительно короткое время жизни предъявляют значительные требования к экспериментальному оборудованию и методикам. Обсуждаются экспериментальные подходы, позволяющие произвести всестороннюю характеризацию таких мод.

Рассматривается задача измерения пространственно-временны́х и энергетических параметров акустических инфразвуковых колебаний в атмосфере на базе размещения лазерных и волоконных линий в зонах геоэкологического мониторинга. В основе измерений лежит явление акустооптического преобразования на инфранизких частотах, связанного с влиянием внешнего акустического волнового поля на характеристики распространения в этом поле лазерных импульсных пучков. В качестве внешних источников поля используются фоновые и антропогенные атмосферные акустические процессы. Измеряемым параметром является флуктуация фазы (частоты) атмосферного оптического сигнала относительно опорного оптического волоконного сигнала. Приводятся характеристики лазерной атмосферно-волоконной системы и некоторые результаты экспериментов по оценке статистики флуктуаций фазы атмосферных лазерных импульсов и параметры инфразвуковых полей в заданной атмосферной зоне мониторинга.

Сплошные и пористые плёнки сплавов Si_1-xGe_x с содержанием германия около 40 % и толщиной 3-4 мкм, сформированные на монокристаллическом кремнии методом электрохимического осаждения германия в матрицу пористого кремния с последующим быстрым термическим отжигом при температуре 950 °C, исследованы методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС), оптической спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. На основе спектров, снятых в стоксовой и антистоксовой областях частот с использованием статистики Больцмана и закона теплопроводности Фурье, определены коэффициенты теплопроводности плёнок, которые составляют 7-9 и 3-6 Вт / (м ⋅ К) для сплошной и пористой плёнок соответственно. Низкая теплопроводность пористой плёнки объясняется дополнительным фононным рассеянием на развитой поверхности пор. Перспективность применения таких плёнок в термоэлектрических преобразователях обеспечивается простотой и масштабируемостью способа изготовления сплава, а также его низкой теплопроводностью.

Методом комбинационного рассеяния света (КРС) исследовались образцы ископаемых углей из различных месторождений. Обнаружен необычный вид спектра КРС угольного графита из месторождения Сэрэген (Таймыр). Спектр состоит из интенсивных узких полос, характерных, как правило, для монокристаллов, в отличие от стандартных спектров для ископаемых углей - уширенные полосы D и G и слабо выраженный спектр КРС второго порядка. Исследования показали, что нет прямой аналогии между спектрами таймырского образца угольного графита и спектрами КРС других аллотропных форм углерода. На основании проведённых экспериментов сделано предположение, что есть вероятность существования новой аллотропной формы углерода.

Приведены результаты по изменению параметров псевдо-МОП-транзисторов на мезаструктурах кремний-на-сапфире (КНС) при облучении быстрыми тяжёлыми ионами (БТИ) Xe⁺²⁶ (150 МэВ) и Bi⁺⁵¹ (670 МэВ) до флюенса 2 ⋅ 10¹¹ см^-2, свидетельствующие о накоплении механических напряжений и зарядов в промежуточных сегнетоэлектрических (Fe) слоях плёнок HfO₂ (HO) толщиной 20 нм, Hf_0,5Zr_0,5O₂ (HZO), ламинированных вставками из монослоёв Al₂O₃ (HA, HZA) или без них. Гетероструктуры КНС формировались прямым сращиванием и водородным переносом плёнки кремния (500 нм) с предварительно нанесёнными методом плазменно-стимулированного атомно-слоевого осаждения нанослоями HA, HZA на сапфир. Электрофизические параметры определялись из стокозатворных характеристик ( I_ds-V_g ) псевдо-МОП-транзисторов c вольфрамовыми сток/истоковыми электродами толщиной 100 нм, нанесёнными магнетронным напылением на КНС-мезаструктуры через литографическую маску. Сравнение этих характеристик с данными рамановского рассеяния показало соответствие введённых облучением БТИ механических напряжений сжатия в кремнии с отношениями объёмов треков Xe и Bi в сегнетоэлектрике HA и сапфире.

Предложена методика обработки зашумлённых спектральных данных, позволяющая реализовать математически обоснованную селекцию острых пиков сигнала на неизвестном гладком фоне, для которого отсутствует достоверная теоретическая модель. Основная идея методики состоит в построении оптимизирующего функционала, дающего наиболее вероятные параметры спектральных линий. В отличие от метода регуляризации Тихонова, где из зашумлённого сигнала выделяется гладкая неизвестная функция, в нашем случае рассматривается задача регуляризации суперпозиции гладкой функции фона с острыми пиками. Предлагаемый подход даёт алгоритм обработки экспериментальных данных, позволяющий отфильтровывать случайный шум и определять как параметры пиков, так и функцию фона с хорошей точностью. Нахождение оптимальных параметров регуляризации основано на априорных предположениях о гладкости функции фона и статистических свойствах случайного шума.

На основе анализа основных современных тенденций в сфере построения гиперспектральной аппаратуры показано, что при создании малогабаритных приборов нового поколения, ориентированных на применение в наземных системах наблюдения, перспективным является использование интегральных оптико-электронных схем и оптических узлов в планарном исполнении. В частности, отмечена целесообразность применения в системах сканирования микрозеркальных матриц, а в системах спектроразделения - планарных интерферометров Маха - Цендера. Это позволяет отказаться от громоздких, медленных и не всегда надёжных механических узлов и создавать приборы с оперативной регистрацией гиперспектральных изображений.