Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0). Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).
Влияние термоциклирования и ультрафиолетового облучения на эпоксидные полимеры: роль графенового наполнителя
Для оценки влияния факторов околоземной орбиты на структурные особенности эпоксидного полимера с графеновым наполнителем исследовано комбинированное влияние термоциклирования и ультрафиолетового облучения в условиях вакуума (давление 2 ⋅ 10– 4 Па, интервал температур от 15 до 160 °C; 4 и 10 циклов термического воздействия) на эпоксидные полимеры на основе смолы марки ЭД-20 и аминного отвердителя «Этал‑45М». Рассмотрены два типа отвержденных полимерных образцов – немодифицированный полимер и композит, содержащий 1 мас. % графеновых нанопластинок. Измерения проведены методами оптической и инфракрасной спектроскопии в режиме регистрации отражения с лицевой (облученной) и обратной стороны образцов. Посредством совместного анализа спектров и морфологических данных выделены спектральные маркеры деградации, уплотнения и модификации структуры полимера под воздействием термоциклирования и ультрафиолетового облучения. Установлено, что в немодифицированном полимере на ранних стадиях термоциклирования (4 цикла) проявляются признаки деструкции, однако при длительном воздействии (10 циклов) наблюдаются постотверждение и стабилизация структуры. Введение графена способствует стабилизации на ранних стадиях термоциклирования, однако при увеличении числа циклов оно инициирует деструктивные процессы на лицевой стороне образца вследствие межфазных взаимодействий и локального поглощения ультрафиолетового излучения. Полученные данные могут быть использованы при разработке полимерных композитов аэрокосмического назначения и оценке их долговечности.
Copyright (c) 2026 Журнал Белорусского государственного университета. Физика https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0
Синтез и свойства ге­те­ро­струк­тур Ag/TiO2/Ti
Методом электрохимического осаждения из раствора нитрата серебра на титановой подложке с тонким слоем диоксида титана, полученного с помощью двухступенчатого химико-термического окисления, синтезирована гетероструктура Ag/TiO2/Ti. По результатам исследования с применением сканирующей электронной микроскопии установлено, что серебро формируется на поверхности наноструктурированной пленки диоксида титана преимущественно в виде неупорядоченных сложных древовидных структур (дендритов) со средними размерами 1 × 8 мкм, при этом наблюдается образование зерен с тенденцией к кластеризации (размеры кластеров до 3,5 мкм). Металлическая природа серебряных структур подтверждена рентгеновским дифракционным анализом. Определена фотокаталитическая активность гетероструктуры Ag/TiO2/Ti в отношении тестового загрязнителя родамина Б в водном растворе (концентрация 10 мг/л) при экспонировании ультрафиолетовым излучением (длина волны 365 нм). Показана плазмонная активность гетероструктур с нижним порогом обнаружения красителя метиленового синего при концентрации 10–6 ммоль/л, активируемая зеленым лазером (длина волны 532 нм). Полученные гетероструктуры, сочетающие фотокаталитические и плазмонные свойства, могут применяться для разработки проточных систем очистки и обеззараживания воды, а также для создания мультифункциональных подложек, необходимых для контроля разложения органических поллютантов в режиме реального времени и мониторинга фотохимических реакций на поверхности таких гетероструктур.
Спектральные и генерационные свойства новых кумаринов – производных бензопирилия
Исследованы спектральные и генерационные параметры кумаринов – производных бензопирилия в этаноле и ацетонитриле при когерентном возбуждении. Установлено, что спектры поглощения изученных соединений содержат несколько максимумов и структурированность спектров связана с их бихромофорной структурой. Показано, что рассмотренные органические красители являются бихромофорными соединениями. Отмечено, что их спектрально-люминесцентные и генерационные свойства зависят от природы заместителей в положениях 6 и 7 кумариновой основы и положениях 6′ и 7′ ядра бензопирилия. Продемонстрировано, что наличие заместителей в определенных положениях кумариновой основы и ядра бензопирилия изменяет конформацию молекулы и, соответственно, дипольные моменты и силы осцилляторов перехода. Генерационная способность у кумаринов данного класса проявляется только при наличии в положении 7 наиболее сильных донорных заместителей (например, Еt2N и ОН), а в положениях 6′ и 7′ достаточно сильных акцепторов. Получена генерация в спектральной области 730 –740 нм на красителях – производных бензопирилия.
Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Формирование эпитаксиальных слоев 3C-SiC на Si методом быстрой вакуумно-термической обработки
Представлены результаты исследования структуры и фазового состава эпитаксиальных слоев карбида кремния (SiC), сформированных на кремниевых подложках с ориентацией (100) при быстрой вакуумно-термической обработке. Методами просвечивающей электронной микроскопии установлено образование эпитаксиальных слоев кубического политипа SiC (3C-SiC) на кремнии в процессе карбидизации при 1100 °С в течение 30 с при использовании в качестве источника углерода газовой смеси пропана (10 %) и аргона (90 %). Обнаружено формирование монокристаллического 3С-SiC с поликристаллическими включениями и двойниками по всем возможным плоскостям {111}. Достаточно узкая полоса 793 см–1 поперечной оптической фононной моды SiC в спектре комбинационного рассеяния света подтверждает образование 3С-SiC. Отмечено, что наличие спектральной линии 180 см–1 и полуширина полосы 793 см–1 в спектре комбинационного рассеяния света свидетельствуют о присутствии дефектов деформации в SiC.
Моделирование построения региональной группировки наноспутников путем попутного запуска с различных космодромов
Разработана маршрутная карта построения региональной группировки наноспутников путем попутного запуска по информации китайских провайдеров. Для создания группировки наноспутников, решающей целевые задачи сбора данных с мобильных объектов и обслуживания сервисов, был разработан программный модуль, предназначенный для анализа орбитального построения глобальной группировки Spire Global, выполняющей аналогичные задачи. Структура группировки наноспутников Spire Global изучена на основе анализа базы данных орбитальных параметров, представленных в формате TLE (two-line element set ), а также баз данных спутниковых группировок и сайта разработчика. Для построения группировки использовались две схемы запуска – запуск с Международной космической станции и попутный запуск. Исследованы схемы развертывания наноспутников, орбитальные параметры и параметры полета. Для моделирования построения региональной группировки проанализированы запуски наноспутников с космодромов Тайюань и Цзюцюань на орбиты с наклонением около 90°, наилучшим образом соответствующие пролету над Минском (ϕ = 53°54′ 27″ с. ш., λ = 27°33′52″ в. д.). Разработан метод предполетного прогнозирования орбиты наноспутника при попутном запуске. Данный метод предполагает определение вектора состояния наноспутника в первый день полета и на начало выполнения группировкой целевой задачи. Начальные данные, необходимые для моделирования предложенным методом, включают в себя время запуска, координаты космодрома, тип ракеты-носителя, наклонение и высоту орбиты (период). Также проводился анализ истории запусков и динамики движения спутника на аналогичных орбитах. Установлено, что для организации региональной группировки со средней продолжительностью перерыва радиовидимости порядка 36 мин при максимальном значении 85 мин достаточно пяти запусков
Одно- и многопараметрическая калиб­ровка температуры по спектрам флуоресценции неодима в нанокристаллах оксида иттрий-гадолиния и иттрий-гадолиниевого граната
Рассмотрено применение активированных ионами неодима нанокристаллических порошков оксида иттрийгадолиния и иттрий-гадолиниевого граната для повышения чувствительности локальных флуоресцентных оптических датчиков температуры. На основе температурных зависимостей спектров флуоресценции неодима в данных порошках разработаны однопараметрическая (с помощью метода отношения интенсивностей флуоресценции с термически связанных уровней энергии активатора) и многопараметрическая (с помощью метода частичных наименьших квадратов) калибровочные модели. Отмечено, что при использовании попадающего в первое биологическое окно прозрачности (700 – 980 нм) спектрального диапазона 860 – 950 нм обе калибровочные модели имеют среднеквадратичное отклонение около 10 % и сопоставимы по точности. Выбор спектральных переменных методом поиска комбинаций сдвигающихся окон в многопараметрической модели позволил уменьшить среднеквадратичное отклонение для оксида иттрий-гадолиния более чем в 12 раз (с 9,8 до 0,8 °С), а для иттрий-гадолиниевого граната более чем в 2 раза (с 8,7 до 4,0 °С). Полученный результат указывает на возможность использования предложенных активированных неодимом нанокристаллических порошков и многопараметрических методов калибровки для локализации областей с фебрильной температурой в биологических и медицинских целях.
метод отношения интенсивностей флуоресценции
Формирование структуры бессвинцовых сплавов олово – цинк, полученных методом высокоскоростного затвердевания, и особенности их кристаллизации
Приведены результаты исследования микроструктуры бессвинцовых сплавов олово – цинк, полученных высокоскоростной кристаллизацией при скорости охлаждения не менее 105 К/с. В сплавах олова и цинка с концентрациями 1,2–2,0 мас. % Zn и 1,5 мас. % Sn соответственно при высокоскоростном охлаждении расплава происходит захват легирующего элемента. Образованные твердые растворы являются пересыщенными и при комнатной температуре распадаются по механизму образования и роста зародышей новой фазы. Средний размер выделений цинка и олова после выдержки фольги в течение двух суток не превышает 0,5 мкм. Расплавы составов Sn – 4,4–15,0 мас. % Zn после высокоскоростного охлаждения являются переохлажденными и пересыщенными двумя компонентами и испытывают спинодальный распад (расслоение) с последующим образованием пересыщенных твердых растворов на основе олова и цинка, которые распадаются при комнатной температуре. Средний размер выделений цинка в неравновесной эвтектике не превышает 2 мкм. В быстрозатвердевших фольгах сплавов, содержащих 50–80 мас. % Zn, формируется двухфазная структура из твердых растворов на основе олова и цинка. Средний размер выделений олова не превышает 1 мкм. По мере перемещения фронта кристаллизации от поверхности контакта фольги с поверхностью кристаллизатора происходят укрупнение частиц олова и уменьшение удельной поверхности межфазной границы.
Эффект «зловещей долины» при передаче голографических изображений
Качество компьютерно-синтезированных изображений непрерывно улучшается, что приводит к увеличению объема файлов, содержащих эти изображения. Однако восприятие изображений человеком проходит несколько этапов. Если первоначально усложнение изображения и приближение его к реальному облику человека производят благоприятное впечатление, то потом наступает момент испуга и отторжения. Масахиро Мори назвал это эффектом «зловещей долины». С целью избежать этого эффекта все новые технологии представления внешнего вида человека подвергаются тестированию. Следует уделять особое внимание эффекту «зловещей долины» при сжатии и последующем восстановлении сложных изображений. В настоящей работе показано положение отно- сительно «зловещей долины» 3D-изображений, восстановленных голограммой, синтезированной и переданной со сжатием по радиоканалу в соответствии с патентом RU2707582C1.
Анализ обратной решетки кристаллов с непримитивными ячейками Браве
Цель исследования – доказательство независимости обратной решетки кристалла от выбора ячейки в его прямой решетке. Объектом анализа являлась взаимосвязь положения узлов ячейки обратной решетки и параметров прямой решетки на основе квадратичных формул, а также структурные амплитуды («веса» узлов обратной решетки) для кристаллов с непримитивными ячейками. При этом решались такие задачи, как выбор репера Браве с ячейкой Р-типа в кристалле с ячейками I-, F- и C-типов; построение прямых и обратных метрических тензоров для центрированных ячеек прямой решетки и для ячеек Р-типа кристаллических решеток; установление правила перехода от индексов HKL узлов обратной решетки при выбранной Р-ячейке к индексам hkl тех же узлов для непримитивных ячеек на основе квадратичных формул; определение связи между индексами HKL и hkl с использованием метрических тензоров; анализ результатов, полученных двумя различными методами (на основе квадратичных формул и с использованием метрических тензоров); доказательство того факта, что в обратной решетке кристаллов с непримитивными ячейками узлы, которые соответствуют «погасающим» рефлексам, на самом деле отсутствуют. Результаты исследования адресованы специалистам в области кристаллофизики и представляют собой строгое доказательство, заполняющее пробел в математическом аппарате кинематической теории рассеяния на кристаллах с непримитивными ячейками Браве и позволяющее исключить из научного оборота избыточные утверждения о «погасании» части рефлексов, не регистрируемых на рентгенограммах, по причине их реального отсутствия.
Эквивалентные схемы замещения наногранулированных композиционных пленок из наночастиц сплава FeCoZr, осажденных в диэлектрические матрицы Al2O3 и PZT
Представлены результаты изучения характеристик эквивалентных схем замещения наногранулированных композиционных пленок (Fe0,45Cо0,45Zr0,10)x(Al2O3)1 – x и (Fe0,45Cо0,45Zr0,10)x(PZT)1 – x с концентрацией металлосодержащей фазы в диапазоне 0,3 < х < 0,8. Пленки толщиной 2–7 мкм получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в среде чистого аргона и в смеси Ar – O2 с последующим ступенчатым (с шагом 25 К) изохронным (15 мин) отжигом на воздухе в диапазоне температур 398–873 К. Осаждение нанокомпозитов в кислородосодержащей среде либо последующий отжиг на воздухе приводили к формированию наночастиц со структурой «ядро – оболочка», представляющей собой металлические наночастицы Fe0,45Cо0,45Zr0,10, покрытые оболочками из собственных оксидов железа и кобальта (FeO, Fe3O4, Fe2O3, CoO). Установлено, что в случае формирования вокруг металлических наночастиц оболочек из включений собственных оксидов железа полупроводникового типа (FeO, Fe3O4), частотные зависимости полного импеданса нанокомпозитов могут быть описаны на основе эквивалентных схем замещения, содержащих два резонансных RCL-контура, что сопровождается положительным фазовым сдвигом тока относительно приложенного напряжения смещения (так называемым эффектом отрицательной емкости). Если в оболочках вокруг металлических наночастиц увеличивается содержание оксида Fe2O3, являющегося диэлектриком, то это приводит к эквивалентным схемам замещения либо с одним резонансным RCL-контуром, либо вообще без RCL-контура, в результате чего эффект отрицательной емкости отсутствует. Показано, что с помощью построения эквивалентных схем замещения нанокомпозитов с разным соотношением металлической (FeCoZr) и диэлектрической (Al2O3, PZT) компонент удается описать частотно-температурные зависимости импеданса для элементов схем (R, C, L), соответствующих как отдельным компонентам, так и формирующимся собственным полупроводниковым и диэлектрическим оксидам железа и кобальта в оболочках вокруг металлических ядер.
Электрофизические характеристики силовых МОП-транзисторов, дополнительно имплантированных ионами азота
Исследованы электрофизические характеристики силовых МОП-транзисторов, дополнительно имплантированных ионами азота. Ионная имплантация азота производилась через защитный оксид толщиной 23 нм с энергиями 20 и 40 кэВ и дозами 1 ⋅ 1013‒5 ⋅ 1014 см–2. Быстрый термический отжиг осуществлялся при температуре 900 или 1000 °С в течение 15 с. Установлено, что азотирование подзатворного диэлектрика позволяет уменьшить шумы токов утечки затвора и их дисперсию. При прямом порядке термообработки (сначала проведение быстрого термического отжига, а затем снятие защитного оксида) для образцов, изготовленных с дополнительной операцией ионной имплантации азота, отмечены увеличение порогового напряжения и уменьшение емкости подзатворного диэлектрика по сравнению с аналогичными параметрами контрольных образцов. Установлено, что при прямом порядке быстрого термического отжига использованные дозы ионной имплантации азота не вызывают существенных изменений максимального значения крутизны вольт-амперной характеристики. При этом во всех исследованных случаях происходит смещение максимального значения крутизны вольт-амперной характеристики в сторону бóльших значений напряжения на затворе. При обратном порядке термообработки (сначала снятие защитного оксида, а затем проведение быстрого термического отжига) существенных различий в величине порогового напряжения и максимальном значении крутизны вольт-амперной характеристики для образцов, созданных с дополнительной имплантацией азота, и контрольных образцов не обнаружено. Показано, что в диапазоне напряжений от – 0,15 до 0 В ток стока имплантированных азотом образцов, изготовленных с применением прямого порядка термообработки, превышает ток стока контрольных образцов, тогда как ток стока имплантированных азотом образцов при обратном порядке термообработки ниже тока стока контрольных образцов. Полученные результаты объясняются снижением плотности поверхностных состояний на границе раздела Si – SiO2 в МОП-структурах, созданных с использованием дополнительной операции ионной имплантации азота при прямом порядке термообработки.
Тепловые и термоэлектрические свойства керамики на основе оксида цинка, легированной железом
Изучено влияние добавления оксидов железа FeO и Fe2O3 в соотношении 1 : 9 на тепловые и термоэлектрические характеристики керамики на основе оксида цинка ZnO. Исследуемые образцы были изготовлены в два этапа с использованием керамической технологии спекания порошковых смесей в открытой атмосфере. В ходе анализа теплопроводности выявлен преобладающий вклад решеточной теплопроводности при комнатной температуре. Установлено, что уменьшение теплопроводности в результате легирования обусловлено увеличением рассеяния фононов на введенных в решетку ZnO точечных дефектах (за счет замещения ионов цинка ионами железа) и на границах зерен (за счет измельчения микроструктуры), а также ростом пористости (снижением плотности) и формированием частиц дополнительной фазы феррита ZnFe2O4. Отмечено, что легирование железом и сопутствующее ему изменение структуры керамики (уменьшение размеров зерен, возрастание пористости, выделение ферритной фазы) приводят к увеличению термоэлектрической добротности ZT в 2 раза (вследствие уменьшения удельного электросопротивления и теплопроводности при относительно небольшом снижении коэффициента термоЭДС). Полученные результаты могут быть использованы для изготовления керамики на основе ZnO, обладающей оптимальными термоэлектрическими характеристиками.
Воздействие высокотемпературного ионного облучения на наноструктурированные покрытия TiAlN
Методом реактивного магнетронного распыления сформированы наноструктурированные покрытия TiAlN на подложках из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Полученные покрытия TiAlN подвергнуты облучению ионами Ar+ c энергией 200 кэВ в диапазоне флюенсов от 2,5 ⋅ 1016 до 2,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2 при температуре 480 °С. С использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии и рентгеноструктурного фазового анализа исследованы элементный состав, структурно-фазовое состояние и морфология исходных и облученных покрытий. Проведено наноиндентирование полученных структур по методике Оливера и Фарра, определены нанотвердость (Н), модуль Юнга (E), а также рассчитана ударная вязкость исследуемых покрытий как соотношение H/E∗. Установлено формирование однофазной структуры твердого раствора (Ti, Al)N покрытий в исходном состоянии. Обнаружен эффект селективного распыления наиболее легкого компонента – азота – из покрытий. До флюенса облучения 1,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2 не выявлено существенных изменений в структурно-фазовом состоянии покрытий. При флюенсе облучения 2,5 ⋅ 1016 ионов на 1 см2 отмечено улучшение комплекса прочностных свойств покрытий TiAlN. Сделан вывод, что наноструктурированные покрытия TiAlN являются радиационно стойкими до флюенса облучения 2,0 ⋅ 1017 ионов на 1 см2, при котором наблюдаются начало сегрегации твердого раствора (Ti, Al)N как основной фазы покрытий и эффект блистеринга.
Классификация состояний усыхания ели обыкновенной на основе спектров отражения
Представлен метод классификации спектров отражения еловой хвои разных категорий здоровья, и проведена оценка качества классификации. Выбраны такие категории здоровья елей, которые включают в себя начальные стадии усыхания, что играет существенную роль для раннего детектирования очагов заболевания, когда затруднена классификация по визуальным критериям средствами дистанционного зондирования Земли. Предложен алгоритм необучаемой классификации и визуализации спектральных данных на основе корреляционного и кластерного анализа. С помощью разработанного программного обеспечения исследованы полученные в лабораторных условиях спектры отражения еловой хвои и интерпретированы результаты. В ходе анализа различных сочетаний параметров внутри предложенного алгоритма, а также комбинаций отдельных компонент алгоритма с известными методам классификации определена наиболее эффективная комбинация параметров и методов классификации (проекция спектров в пространство главных компонент, устранение влияния первой главной компоненты на спектры, метрика связывания кластеров Уорда и стандартизированная евклидова метрика для вычисления спектрального расстояния) для детектирования разных стадий заболевания елей. Ее использование позволило повысить показатель качества классификации F-score для 2-й категории здоровья (наиболее важная категория для задачи обнаружения усыхания на ранних стадиях) до 70,59 %.
Фотоориентация жидких кристаллов для формирования фазовых профилей за счет распределения геометрической фазы
Даны представления о геометрической фазе, или фазе Панчаратнама – Берри, ее природе и применении для создания фотонных жидкокристаллических устройств в виде фотоориентированных тонких пленок нематических жидких кристаллов. Отражено значение сильной азимутальной энергии сцепления, а также двулучепреломления в пленке фотоориентанта жидкого кристалла для формирования градиентов геометрической фазы. Показана зависимость набега фазы циркулярно поляризованного света, проходящего через полуволновую фазовую пластину, от азимутального угла ориентации пластины, и отмечено, что данная зависимость лежит в основе формирования распределения геометрической фазы оптических жидкокристаллических устройств, работающих в циркулярно поляризованном свете. Введен эффективный показатель преломления для характеристики оптических свойств линейной периодической структуры жидкого кристалла, формирующей профиль поверхности геометрической фазы. Приведены примеры успешной реализации фотонных жидкокристаллических устройств (поляризационная дифракционная решетка, кольцевая дифракционная решетка, q-пластина, q-пластина с фазовым ядром), для которых выполнен анализ распределений геометрической фазы и построены профили фазовых поверхностей, обеспечивающих функционирование устройств.
Оценка вклада рассеянного ионизирующего излучения в показания дозиметра при измерениях в низкофоновой камере
С помощью моделирования Монте-Карло оценен вклад ионизирующего гамма-излучения, рассеянного на конструкционных материалах, в суммарную мощность дозы при измерениях в низкофоновой камере. В компьютерной программе Fluka создана модель низкофоновой камеры и размещенных в ней сцинтилляционного дозиметрического блока детектирования БДКГ-05К и точечного источника гамма-излучения с радионуклидом 137Cs. Доля рассеянного излучения рассчитана путем сравнения модельных показаний прибора при измерении мощности дозы внутри низкофоновой камеры с модельными показаниями прибора при измерении мощности дозы в вакууме (в последнем случае рассеянное излучение отсутствует). Моделирование выполнено для двух положений прибора относительно источника (на расстоянии 30 и 100 см). Установлено, что максимальный вклад рассеянного излучения в мощность дозы достигает 38 %. Для минимизации вклада рассеянного излучения в мощность дозы использована конструкция в виде коллиматора, внутри которого располагается источник. Дополнительно исследована зависимость мощности дозы, формируемой рассеянным излучением, от конструктивных особенностей коллиматора. Показано, что использование коллиматора позволяет снизить вклад рассеянного излучения до 3 %. Цель работы – оценка доли рассеянного излучения и расчет оптимальной конструкции коллиматора, при которой вклад рассеянного излучения в суммарную мощность дозы будет минимальным.
Определение параметра конусности бесселева светового пучка посредством фурье-анализа диаметрального распределения интенсивности
Получены выражения, описывающие спектральную плотность мощности (СПМ) распределения интенсивности идеального бесселева светового пучка (БСП). Показано, что СПМ распределения интенсивности идеального БСП ограничена сверху и верхняя граница СПМ равна удвоенному параметру конусности (произведению волнового числа на синус половинного угла раствора конуса волновых векторов), а число нулей в СПМ идеального БСП, расположенных на интервале от нулевой частоты до верхней границы спектра, равно порядку пучка. Предложена методика оценки параметра конусности БСП посредством анализа оценок СПМ диаметральных распределений – одномерных распределений интенсивности, полученных в поперечной плоскости пучка вдоль линии, проходящей через ось пучка, из двумерных поперечных распределений интенсивности БСП, зафиксированных в виде цифровых компьютерных изображений. Исследовано влияние обрезки (окончания распределения на границе чувствительного сенсора), гауссовой и косинусной модуляций диаметрального распределения на форму спектра, а в случае обрезки и на ошибку оценки параметра конусности с использованием предложенной методики. Описанная методика протестирована на примере анализа экспериментальных БСП различных порядков (БСПm, m = 0, 1, 2). Она может применяться для оценки параметров качества БСП. Результаты анализа влияния косинусной модуляции на форму СПМ могут быть использованы для оценки величины скругления верхушки аксикона, формирующего БСП, в целях контроля качества изготовления аксикона.
Методика исследования фотостабильности солнечных элементов на основе органо-неорганических перовскитов с помощью конфокального спектрометра
На примере изучения фотодеградации и темнового восстановления органо-неорганических перовскитных солнечных элементов представлена методика исследования фоточувствительных структур, основанная на использовании конфокального спектрометра для измерения спектров комбинационного рассеяния света, спектров и кинетик фото- и электролюминесценции, кинетик тока короткого замыкания и напряжения холостого хода при локальном воздействии монохроматическим излучением. Спектры комбинационного рассеяния света помогают установить наличие или отсутствие вторичных фаз, образование которых возможно в фоточувствительных слоях под воздействием света, а спектры фотолюминесценции дают возможность выявить однофазность изучаемого объекта. Картирование интенсивности и положения центра масс полосы фотолюминесценции в плоскости исследуемого объекта позволяет судить о пространственном расположении центров безызлучательной рекомбинации носителей заряда, распределении участков с наибольшей и наименьшей эффективностью экстракции носителей заряда транспортно-акцепторными слоями и пространственной однородности химического состава. Сравнение спектров электролюминесценции до и после светового воздействия дает возможность выявить образование центров безызлучательной рекомбинации в фотопоглощающем слое и на его границах с транспортными слоями. Анализ кинетик изменения параметров полосы фотолюминесценции, полученных при измерении тока короткого замыкания и напряжения холостого хода, позволяет установить доминирующие фотоиндуцированные процессы, приводящие к изменению интенсивности полосы фотолюминесценции.
Аналитическая диагонализация гамильтониана квантовой модели Раби в кулоновской калибровке
Рассматривается вопрос о приближенной аналитической диагонализации оператора Гамильтона квантовой модели Раби, полученного в кулоновской калибровке при учете калибровочной инвариантности модели. Показано, что гамильтониан модели с высокой точностью диагонализуется с помощью унитарного оператора калибровочного преобразования при использовании простого базисного набора векторов состояния. Существенно, что полученная аппроксимация не зависит от вариационных параметров и применима во всем диапазоне изменения параметров гамильтониана и квантовых чисел системы. Построены нулевое и равномерно пригодное приближения операторного метода для собственных состояний системы, а также проведено их сравнение с результатами численного расчета. Получено выражение для поправки второго порядка к нулевому приближению в рамках операторного метода и оценен ее вклад в итоговое значение энергии системы. Приведенные результаты могут представлять интерес при описании эволюции квантовой модели Раби, а также при исследовании состояний систем двухуровневых атомов в резонансном квантовом поле.
Зарядовые свойства тонких подзатворных диэлектриков, полученных методом быстрой термообработки
Исследованы зарядовые свойства полученных методом быстрой термообработки (БТО) тонких слоев диэлектриков и их границы раздела с кремнием для МОП-транзисторов. Формирование слоев производилось двух- либо трехстадийным процессом БТО с аналогичными для каждой стадии режимами фотонной обработки (длительность – 12 с, максимальная температура – 1250 °С). Установлено, что у оксидов затвора, полученных двухстадийным процессом БТО в атмосфере кислорода, после проведения третьей стадии обработки в атмосфере азота происходят частичная ликвидация дефектов, ответственных за локальные зарядовые центры, и рост относительного значения поверхностного потенциала в среднем на 100 отн. ед. Ликвидация дефектов является следствием перестройки структуры диэлектрика и его границы с кремнием, а также диффузии атомов кислорода и кремния вдоль границ раздела слоя изолятора. Для образцов, полученных двухстадийным процессом БТО в атмосфере кислорода, после проведения третьей стадии обработки в формовочном газе наблюдаются практически полная ликвидация локальных зарядовых центров и рост относительной величины поверхностного потенциала в среднем на 300 отн. ед. В данном случае, помимо процессов, происходящих при обработке SiO2 методом БТО в атмосфере азота, ликвидацию зарядовых центров обусловливает пассивация дефектов атомами водорода.
Водородофазовый наклеп в результате однократных изотермических гидридных превращений
Водородная обработка металлических материалов, заключающаяся в управляемом водородном воздействии на металлы и сплавы в целях придания им особых свойств, является перспективным направлением. В работе экспериментально изучены изменения механических свойств палладия при однократных гидридных превращениях, инициированных в исходно ненаклепанном гидриде палладия. Материалом для исследования выступили проволочные палладиевые образцы чистотой 99,98 %, диаметром 0,5 мм, длиной 165 мм. Предварительно исследуемые образцы подвергали водородной обработке, а затем проводили механические испытания. Представлены механические свойства ненаклепанного гидрида палладия. Изучен водородофазовый наклеп палладия при водородной обработке. Показано, что гидрид палладия является пластичным материалом с невысокими прочностными характеристиками. При обратном гидридном превращении развивается водородофазовый наклеп палладия. Обсуждены экспериментальные факты возникновения водородофазового наклепа при взаимодействии водорода с другими металлами и сплавами.
Структура быстрозатвердевших фольг сплавов Al – Bi
Представлены результаты исследования микроструктуры и текстуры фольг сплавов алюминия с содержанием висмута 0,12 и 0,25 ат. %, изготовленных высокоскоростным затвердеванием (скорость охлаждения расплава – не менее 105 К /с). В быстрозатвердевших фольгах исследуемых сплавов формируется текстура (111) алюминия, которая сохраняется при отжиге фольг при 523 К в течение 2 ч. Средняя хорда сечений шарообразных выделений висмута не превышает 0,05 мкм. При перемещении фронта кристаллизации от поверхности А, контактирующей с кристаллизатором, к противоположной поверхности В средний размер частиц висмута монотонно возрастает. Фольги сплавов растворяются в воде при комнатной температуре, образуя пузырьки водорода и белый порошок аморфного оксида алюминия, содержащий выделения висмута. Изотермический отжиг фольг при 573 К в течение 5 ч вызывает изменение распределения частиц висмута по размерным группам и увеличивает их среднее значение. После отжига частицы висмута локализованы на мало- и высокоугловых границах. Быстрозатвердевшие фольги сплавов системы Al – Bi могут применяться для получения водорода, а также синтеза порошка аморфного оксида алюминия и создания технических устройств, использующих водород.
Запись динамических поляризационных решеток в чистом нематическом жидком кристалле
Посвящена экспериментальной реализации записи поляризационных динамических решеток в чистом нематическом жидком кристалле. Механизм регистрации основан на фоторефрактивном эффекте в ячейке, заполненной чистым кристаллом нематика, под действием приложенного постоянного электрического поля. Это явление не требует наличия фотовозбужденных носителей заряда в жидком кристалле и объясняется экстремально высокой анизотропией жидкого кристалла. Приведена элементарная теоретическая модель данного процесса. Исследованы зависимости процесса записи решетки от пространственной частоты интерференционного поля и интенсивности записывающих пучков. Обнаружено, что пространственно решетка не совпадает с интерференционным полем, т. е. отклик среды нелокальный. Однако мы не связываем подобное свойство с аналогичным в фоторефрактивных кристаллах. В нашем случае более вероятен механизм чисто геометрического рассогласования в силу особенности механизма записи. Одним из фундаментальных свойств описываемых процессов является их независимость от длины волны записывающего излучения, что подтверждает выбранную нами модель механизма записи.
Определение параметров двухлучевого лазерного раскалывания силикатных стекол с использованием регрессионных и нейросетевых моделей
Для создания нейросетевых и регрессионных моделей двухлучевого лазерного раскалывания силикатных стекол были использованы результаты численного эксперимента, реализованного в программе конечно-элементного анализа Ansys. В модуле DesignXplorer программы Ansys Workbench с применением гранецентрированного варианта центрального композиционного плана эксперимента были получены регрессионные модели двухлучевой лазерной резки стекла. В качестве варьируемых факторов использованы скорость обработки, параметры лазерных пучков, толщина стеклянной пластины и расстояние между зонами воздействия лазерного излучения и хладагента, а в качестве откликов – максимальные температуры и термоупругие напряжения растяжения в зоне лазерной обработки. С применением пакета TensorFlow реализованы построение и обучение искусственных нейронных сетей. Выполнено сравнение результатов определения максимальных температур и термоупругих напряжений в зоне лазерной обработки с использованием нейросетевых и регрессионных моделей.
Транспортные свойства двухкомпонентных радиево-галогенных разреженных газовых сред
Использованы неэмпирические функции потенциальной энергии и классической кинетической теории. В зависимости от температуры газовой смеси (вплоть до 3000 К) рассчитаны некоторые транспортные свойства (коэффициенты диффузии, вязкости и теплопроводности) двухкомпонентных разреженных газовых сред, состоящих из атомов радия и атомов галогена (F, Cl, Br, I). Расчеты выполнены на основе последовательного аналитического и (или) численного вычисления интегралов для угла рассеяния, сечения рассеяния и столкновений. Разработана подробная методика расчета транспортных свойств с использованием потенциала Морзе. Рассмотрены некоторые численные трудности, возникающие из-за особенностей подынтегральных выражений и разрывного характера переменной интегрирования. Показана зависимость транспортных свойств от массы изотопа. Оценены возможные ошибки, вносимые применением модельной потенциальной функции Морзе вместо реального потенциала взаимодействия между атомами. Полученные результаты могут быть использованы при планировании экспериментов по прямому лазерному охлаждению моногалогенидов щелочноземельных металлов.
Рост кристалла и анализ интенсивностей f – f-переходов ионов празеодима в иттрий-алюминиевом ортоборате
Кристалл иттрий-алюминиевого бората YAl3(BO3)4, активированный ионами Pr3+, выращен методом кристаллизации из раствора в расплаве. Размер полученного образца составил 20 × 10 × 10 мм. Коэффициент распределения иона-активатора изменяется от 0,6 до 0,8, что приводит к средней концентрации ионов Pr3+ 1,1 ⋅ 1020 см–3. Спектры поглощения из основного состояния 3Н4 зарегистрированы в поляризованном свете. Кристалл обладает выраженной анизотропией поглощения. С использованием модифицированной теории Джадда – Офельта определены интенсивности переходов с поглощением и испусканием, а также коэффициенты ветвления люминесценции и время жизни метастабильных уровней 3Р0 и 1D2.
Перспективы ядерно-физических исследований в Беларуси
Обсуждаются ближайшие перспективы научных исследований в области ядерной физики для белорусских ученых. Рассматриваются следующие направления деятельности: участие в исследовательских проектах класса «мегасайенс», созданных в России и Евросоюзе, работа с новым поколением источников ионизирующего излучения, использование мировой ядерно-физической научной сети для краткосрочных исследований и мониторинг атомных электростанций. Предлагается сочетать дальнейшие изучение материи и определение ее состояния и эволюции во времени с рутинной деятельностью, связанной с выяснением деталей мира, для которых уже созданы достаточно хорошо проработанные модели. Далее уточняются гносеологические цели исследований в области ядерной физики. Они включают предотвращение потери знаний в области ядерной физики, сохранение приемлемой квалификации и ее воспроизводства, поддержание соответствующего уровня инженерного корпуса для восприятия новейших знаний. Статья основана на личном опыте участия автора в проектах высокой научной значимости. Маршрут рассмотрения областей приложения усилий ученых-ядерщиков построен по принципу максимальной отдачи от высококвалифицированных кадров – докторов и кандидатов наук. Подчеркивается важность подготовки магистрантов и аспирантов к научной карьере. Наконец, указывается на необходимость поддержания высокого уровня знаний в отрасли для проведения экспертизы по запросу правительства в рамках обеспечения безопасности и развития страны.
Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Повышение эффективности промышленного кремниевого солнечного элемента легированием никелем
Исследована возможность корректировки эксплуатационных характеристик промышленных фотоэлементов производства фирмы Suniva на основе монокристаллического кремния посредством дополнительного диффузионного легирования их примесью никеля в интервале температур 700–1200 °С. Показано, что оптимальная температура диффузии никеля Тдиф = 800–850 °С, в этом случае значение максимальной мощности Рmax возрастает на 20–28 % по отношению к параметрам исходного промышленного фотоэлемента. При температурах диффузии Тдиф > 1000 °С происходит резкое уменьшение Рmax, что связано с увеличением глубины залегания р–n-перехода вследствие разгонки атомов фосфора при проведении высокотемпературной диффузии никеля. Положительный эффект диффузионного легирования никелем на электрофизические свойства фотоэлементов является наибольшим в том случае, когда примесные кластеры никеля находятся в области р–n-перехода, т. е. при диффузионном легировании в лицевую сторону пластины. Действие электрически нейтральных кластеров никеля менее выражено при их расположении в области изотипного p–p+-перехода, т. е. при диффузионном легировании в обратную сторону пластины.
Формирование голографических дифракционных решеток в тонких пленках халькогенидных стеклообразных полупроводников
Исследовано формирование голографических дифракционных решеток в тонких пленках халькогенидных стеклообразных полупроводников. Проанализирован процесс записи голографических решеток на длине волны излучения аргонового лазера 488 нм, а также процесс химического травления, позволяющий создать рельефную голографическую решетку. Определены оптимальные условия формирования дифракционных решеток в пленках сульфида мышьяка. Показано, что на длине волны аргонового лазера 488 нм оптимальная экспозиция составила ∼5–8 Дж/см2. На стадии записи образуется квазифазовая (рельефно-фазовая) решетка с дифракционной эффективностью на уровне единиц процентов. Травление экспонированного образца раствором щелочи NaOH в деионизированной воде и изопропаноле позволило существенно увеличить глубину рельефа и повысить дифракционную эффективность тонкой рельефной решетки примерно до 20 % для красной области спектра и приблизиться к максимальному значению (∼34 %) для ближней инфракрасной области. Результаты исследования перспективны для создания рельефных голографических решеток в сфере оптического приборостроения (спектральное оборудование, голографические прицелы и др.).
халькогенидный стеклообразный полупроводник
Некогерентное рассеяние ультрарелятивистских каналированных частиц на электронах
Статья посвящена проблеме последовательного описания движения заряженных частиц высоких энергий в поле атомных цепочек и плоскостей ориентированных кристаллов, применяемого для управления пучками крупнейших ускорителей и получения интенсивного гамма-излучения. В дополнение к развитому ранее описанию рассеяния каналированных частиц на ядрах рассматривается некогерентное рассеяние на электронах. Развиваемая теория учитывает эффекты передачи импульса между быстрыми частицами и электронами атомов кристалла на расстояниях, начиная с минимальных и кончая превышающими межатомные, а также включает зависящий от температуры фактор Дебая – Валлера, рассчитанные с учетом деталей атомной структуры формфакторы и функцию рассеяния. Все эффекты модификации электронного рассеяния в кристаллах сведены к величине, играющей роль эффективного минимального передаваемого импульса и более чем на порядок превышающей величину, соответствующую средней атомной энергии теории Бете – Блоха. Совместное использование этой величины с выражением для среднего квадрата угла отклонения классически движущейся частицы позволяет корректно сравнить рассеяние на электронах и ядрах, а с сечением Резерфорда – смоделировать процесс плоскостного каналирования положительно заряженных частиц в весьма протяженных кристаллах, которые предполагается применять для вывода пучков из ускорителей, измерения электромагнитных характеристик короткоживущих частиц и создания источников интенсивного узкополосного рентгеновского излучения и гамма-излучения на основе кристаллических ондуляторов.