border=0

Fysike basis fan nanotechnology, it krijen fan nanomaterialen

| Folgjende artikel ==>

Nano-elektroanika ferskynde yn it proses fan natuerlike mikrominiaturalisaasje fan 'e eleminêre basis fan modern elektroanyske apparaten en systemen, wêr't elke stap mei grutte problemen jûn wurdt en faak diktet de needsaak om nije (soms fundamentale) fysike paden en metoaden te ferwiderjen. Yn nanoelektronika wurdt har skaal nommen om 100 nm te wêzen. Dizze definysje fan in planêre elemint fan nanoelektronika kin algemien wurde, nei alle gedachten as in nano-objekt (natuergebied) dy't in karakteristyske grutte <100 nm hat, op syn minst yn ien dimensje (rjochting).

Fysikaelektronika yn 'e algemienste sin fan' e wurd is in branch fan 'e fysika dy't ûnderskiedende fenomenen befetsje mei de beweging fan opladende dieltsjes en, yn it bysûnder, elektronen (dêrmei de namme "elektronika") yn ferskate materiaal omjouwing, wêrûnder it fysike fakuüm.

Dit is it earste fan 'e fakuümelektronika , dy't ûndersyk nei de prosessen dy't foarkomme yn' e beweging fan opladde dieltsjes yn in fakuüm en dy't basearre binne op de wetten fan dizze beweging.

Dit omfettet alle elektroanoptys, elektroanen en ionmikroskopia, en ek de fysika fan ferskynsels dy't ferskate radio-ynstellingen hawwe, lykas elektroanikröhren en apparaten dy't brûkt wurde om elektromagnetyske strieling te generearjen of te ferstean, ynklusyf it mikrowavegebiet. De lêste rjochting is no ynformearre yn in ûnôfhinklike mikrofoave-radiofysik (of mikrofoave).

Tsjintwurdich binne dit ferskynsels fan emissioasje fan elektroanen en atomyske dieltsjes, meastal Ionen, troch ferskate media, benammen fêstigens en plasma, dy't in wiidweidige sektor foarmje fan fysike elektroanika, emiodynelektronika neamd.

Mei de komst fan halbleksen begon Haliconductor elektroanysk intensyf te ûntwikkeljen en, op basis fan dy, sterke steatelektronika. Dêrnei begon Halikunde-elektroanika ek ûnôfhinklik te ûntwikkeljen en is no in interdisziplinêre diel fan 'e fysika. De gebieten fan fêste-eta-elektroanika, lykas oerflakfysika , dûnsfilms en filmstrukturen - de elemintêre basis fan moderne mikroelektronika, bliuwend te relatearjen oan it gebiet fan fysyske elektroanika.

Histoarysk is ien fan 'e wichtichste paragrafen fan fysyske elektroanika' s de saneamde gaselektronika, dy't ûndersiken ûndersocht yn ferskate gas-ûntlient-radio-ynstellingen, lykas tirater's, arresterers, zener diodes, ensfh. Op grûn fan it studearjen fan 'e fysika fan' e gaslieding, waard in grutte branch fan 'e fysika, lykas plasma- fysika, ûntwikkele en dêrnei ûnôfhinklik ûntwikkele. Dochs is de wittenskip fan plasma media in essinsjeel diel fan 'e fysyske elektroanika, om't it in breed oanbod fan problemen giet om' e gedrach fan in gas fan fergelike dieltsjes - elektronen, ienen en gatten, atomen en molekulen, ynklusyf dy yn in begearte steat, ek Quantum of radiation (em) fjild en neutraal dieltsjes yn in ferskaat fan materiaal media: it plasma sels as gasgas medium en in dragergas (elektronen en gatten) yn fermiddens, dy't normaal neamd plasma-like (of plasma) en) omjouwings. Mei de ûntwikkeling fan de laserfysika ûntstie in grut paragraaf út dizze wittenskip, dy't belutsen is by it ûndersyk fan 'e wetten fan it gedrach fan in gas fan eksoatyske atomen, molekulen en radiation quanta, neamd kwantum elektroanika .

Vacuüm, gassen en kondinsearre mate kinne mei-inoar yn kontakt komme. Foar kondensearre media wurdt it begryp fan 'e interface tusken dizze media of it begryp fan oerflak ynfierd. Tradysjoneel waard it oerflak ferstean dat it gebiet fan in skerpe, ôfbrekke feroaring yn 'e eigenskippen fan in substân is. Yn 'e wurklikheid, tichtby de eigentlike geometryske grins fan it materiaal medium, bestiet in bepaalde streek fan finiten dikte, wêryn har eigenskippen signifikant fanwege de eigenskippen fan' e substans yn 'e bulte ferskille.

Yn 't gefal ynteressearret allinich partikulaasje allinich mei dieltsjes fan dit medium, en by de grins, op' e iene kant, mei dieltsjes fan deselde medium, en op 'e oare, mei dieltsjes fan' e medium wêrby't it grinzet. As it twadde medium fakuüm is, moatte gebrochene atomyske bondels besteane oan 'e grins fan' e solid. Tagelyk wurdt de dikte fan 'e grinslibben bepaald troch de ôfstân fan it oerflak, fanôf hokker parten fan' e medium steane "fiele" de ynfloed fan dieltsjes bûten syn grins. De dikte fan sokke lagen is yn elts gefal fan 'e oarder fan de Debye radius r D , dy't foar in fêste lichem in oarder fan magnitude 1 oant 100 nm hat. It moat ek oanjûn wurde dat particulieren fan it medium yn dizze lagen trochgean binne troch de ynterdiffusion fan neutral atomen, ionen, elektroanen of lôgen, of bombardemint mei oare dieltsjes (kontakt mei gas of fakuüm). Wannear't al dizze prozesses rekken holden wurde, kin de karakteristike dikte fan sokke lagen yn 'e rjochting normaal oan' e grins kinne maatlingen fan 'e oarder fan ferskate hûndert nammomèters berikke.

Sa is it oerflak fan fêstigens in natuerlike nano-objekt, wêrby't nije kwalitative eigenskippen manifestearre binne. Dizze eigenskippen kinne geregeldwei feroare wurde troch it brûken fan plasma, radiaasje (partikelfluxen) en radiation (flux fan radiation quanta) fan nano-technyten fan rjochtingwizigingen yn oerflakteigens of, yn oare wurden, feroaring fan oerflak eigenskippen.

Sûnt, yn kondensearre media, hâldt it gedrach fan 'e dieltsjes har - atomen, ienen, elektroanen en gatten - behoefte de wetten fan' e quantummechanika, d. troch har wellefunksjes beskreaun, ferskine se nije eigenskippen út as gefolch fan quantum- diminsjoneel effekten - de ôfhinklikens fan de eigenskippen fan it nanosystem op it ferhâlding fan har karakteristike diminsjes en de karakteristike dimensjes fan 'e korrelaasjegrad fan ferskate fysike ynteraksjes en fenomenen dy't yn it partikelsystem foarkomme. Yn dit ferbân kin it oerflak beskôge wurde, miskien it meast foarkommende natuerlike nasosysteem, mei in filmtype.

De folgjende stap yn 'e modifikaasje fan oerflak eigenskippen is de ôfsluting op har oerflak fan dûnse films of lizze filmstrukturen , de dikte kin wêze fan mikrons oant fraksjes fan mikrons, d. kin de kondysje d < 100 nm befredigje. Sokke filmstrukturen binne as basis foar it bouwen fan 'e eleminêre basis fan moderne micro en yn' e limyt d < 100 nm, nanoelektronika.

Dizze binne twa-dimensionale nanostruktueren , en de yntegraasje fan eleminten komt yn har planeet. Dûnsfilms kinne ek funksjonele taken dwaan om it oerflak te ferheljen, syn wettigens te meitsjen, frikskoeffizienz, ensfh. In nije kwaliteit kin berikke wurde troch opslach fan atomen op it oerflak fan in fêst fan dy eleminten dy't ferskate substanzen foarmje kinne dy't ferskille yn har struktuer en eigenskippen, d. . ferskate allotropyske feroarings. It X- foarbyld is koalstien, dy't yn 'e foarm fan fjouwer allotropyske foarmen bestean kinne, ferskille yn' e type hybridisaasje: sp 3 en sp 2 - dy soarten binne stabige feroaringen fan diamant en graphit, en ek sp 1 en sp °, dy't oerienkomme mei metastabele feroarings fan linear-kanaal karbon (LCC), en face-centered (FCC) koper . Yn dit gefal is de metoade fan kontrolearre ôflaat fan karbonaatoms aktyf de ienige metoade foar de synteze fan 'e lêste twa foarmen fan karbon.

De eksperimintele opstelling foar it produksjen fan karbonfilms is in fakuümtsysteem dat pulsige karbelôfspraak biedt út plasma-bellen dy't ûntstien binne troch in fakuümbôge mei in Ionichte tichte fan 10 13 ... 10 14 cm 3 en in ionisaasje fan 95%. De frekwinsje fan 'e pulses feroaret binnen 1 ... 30 Hz, de pulsdauer is 100 μs.

De ionbeam wurdt foarme troch in leechdruk-ion-boarne. De enerzjy fan 'e Ar + -jonen, dy't it oerflak fan' e groeierjende film ferrjochtsje, feroaret fan 0-300 eV en hinget ôf fan beide ôfwikings spannings en op de parameters fan it karbonplasma. Yn 'e eksperiminten dy't hjirûnder beskreaun wie dizze enerzjy lykas 150 eV. NaCl (foar elektro-mikroskopyske stúdzjes), Si (foar elektro-spektroskopy), ek stiel, polymers, keramyk, ensfh. Waarden brûkt as substratmateriaal. De wurkdruk yn 'e keamer is 10 4 Pa.

Fig. 8.1 Diagram fan 'e metoade foar it meitsjen fan karbonfilms: 1 - substrat; 2 - koper stream; 3 - argon-ion-aktuer; 4 - grafytynstelling.

Nano-objekten kinne besteane yn 'e foarm fan dieltsjes fan passende grutte (nano-partikulieren), en ek nanokomposites dy't gebrûk binne fan in ensemble fan sokke dieltsjes. De ferskaat oan mooglik types fan nanoparticles is tige grut.

Ien fan 'e wichtichste fysike tekens fan' e nammewâld is de lykweardigens of oerfloed fan 'e oerflakse enerzjy fan' e nanopartikel yn ferliking mei syn bulte enerzjy. Dêrom is in ûnderskiedende eigenskip fan nanopartikelen har aktiviteit troch de oanwêzigens fan ferhurde bondels op har oerflak. Yn it algemien binne dizze normaal trije diminsjoneel objekten (3D).

Fansels hawwe ien-dimensionale (ID) en nul-dimensjeare systemen (0D) it rjocht om te bestean. De earste binne de saneamde quantum threads (quantum wire), dy't foarm binne yn betingsten fan sterke anisotropy fan 'e eigenskippen fan in substansje troch in sterke manifestaasje fan quantum-grutte effekten en mei in diameter <100 nm (in wichtich foarbyld fan in quantum thread is semiconduktor nanotubes ). Uteinlik kin in eksiton as typysk foarbyld fan in nero-dimensionale systeem of in kwantum dot tsjinje .

Nanosystemen kinne yn natuer op natuerlike wize organisearre wurde - oerflak, karbine-nanoklusters, nanotubes, ensfh. - of wizige troch kontrolearre groei (dûnse films en film-nanostruktueren) troch it fermogen fan partijen fan in winske eigendom op it oerflak. Sokke dieltsjes kinne ôfset wurde fan plasma of oare boarnen fan atomen, ionen, molekulen, en in wichtich elemint fan dizze technology is de foarôfgeande tarieding fan it oerflak om sa it stimulearjen fan 'e needsaaklike struktuer fan' e deponearre film te stimulearjen. Dit kontrolearret bygelyks it proses fan epitaxiale groei, wêrby't de ynteratomyske ôfstannen fan 'e film werombrocht wurde troch de geometry fan de kearndoelen op it oerflak. Om sa'n proses út te fieren, moatte jo de details fan de fysika fan 'e ynteraksje fan Ionen en elektroanen mei it oerflak fan in solide yn detail te kennen kenne.

It beskreaune proses fan ion stimulearre epitaxiale groei fan films op it kommando-oerflak is in wichtich foarbyld fan sels-assemblage, dy't in essinsjele funksje fan nanotechnology is.

Op it stuit wurdt in wiidweidich fytske ûndersyk útfierd op 'e prozessen fan ynteraksje fan balken fan opladde dieltsjes (elektronen en ionen yn in breed oanbod fan har enerzjy) mei it oerflak fan fêstigings:

· Oerflakmateriaal ferspriede;

· Secondary ion-ion;

Ionelektron;

Elektron-ion-emisje;

Ynlieding fan beampartys yn 'e oerflak;

Deposysje fan beamdieltsjes op it oerflak;

· Feroarje de faze-gearstalling fan it oerflak;

Surfaceaktivaasje, ensfh.

Allinich dizze prosessen binne ek realisearre as in gas-ûntlizzende plasma kontakearret oan it oerflak en wurdt op ien of oare manier brûkt yn ferskate technologyske rigels, lykas itenjen, ymplantaasje, ynterkalaasje, opslach fan filmstrukturen, lithografy en oare technozyske cycles fan moderne micro, en mei de oergong nei karakteristike dimensjes <100 nm, nanoelektronika.

It is fêststeld dat inelastyske prosessen in wichtige rol spylje yn 't ynteraksje fan lannen enerzjy mei it oerflak fan fêstigingen. De wichtichste meganisaasje fan sa'n ynteraksje is offere, nammentlik resonante ladingferkeap. Dit proses is ûnder oaren de measte hantechnology-objekten foar modifere modifikaasjes.

Under de ferwurkingen dy't begelaat wurde troch (oprjochte) op it oerflak fan fêstelingen troch beammen fan opladene dieltsjes: elektronen en, yn it foarste, ionen foar it begripen fan 'e wichtichste rjochting fan ûndersyksûntwikkeling, binne de prosessen fan elektroanyske en ionyske stimulearring fan direksjoneel groei (sputtering, ôfsluting) fan ferskate kearnmetastabele fazen op dy en, foaral, twa-dimensional bestelde linear-ketting koper (DU LCC).

It is no goed bekend dat de metastabele allotropyske faze fan 'e koper, de saneamde linear-ketting carbon, is al >karbin neamd . It resultaat krige sûnt >

It gebrûk fan fysyske metoaden foar it analysearjen fan de elektronyske struktuer fan carbyne ( Auger spektroskopy ) waard bewiisd dat it in frij >

Yn 1992 In filmkristall waard synthesized, foarme troch kanaelen fan koalstofatomen dy't normaal rjochte binne oan it substrat, de saneamde twa-dimensional bestelde koper (DM LCC).

RULC is in dichtbepaalde hexagonale lattice fan lineêre karboneketten, dy't stabilisearre wurde troch ôfwikende random-rjochte bannen dy't lagen op in ôfstân fan 2 oant 8 katoene atomen (sels-assemblage) foarmje. De technology soarget foar groeiende kontinuïte films dy't gjin eilânstruktuer hawwe en it substrat folslein dekke, it werheljen fan syn oarspronklike topografy, begjinnend mei dikken fan "5 A. Tagelyk, neffens atoommikroskopy, hat de film in atoom-glêd oerflak.

In wichtich karakter fan 'e remote control structure fan' e LCC is har sterke anisotropy, wêrfan't de anisotropy fan har fysikoochemyske eigenskippen folgje. By it brekken fan de keamers fan LCC hawwe se in hege meganyske krêft (heger as dy fan nanotubes), yn 'e tsjinoerstelde rjochting is de film tige elastysk en jout in ôfstân fan mear as 3 kear, sûnder ôfstân. De oanwêzichheid fan ferhurde bondels oan 'e ein fan' e ketten liedt ta syn ûngewoane sterke oanhing oan 'e substrat, dy't útgiet om heger te wêzen as syn bulte krêft. Dit makket it mooglik om de kraaiende koeffizienten te ferleegjen troch de rinnen oer te meitsjen mei films fan 'e remote controller.

Anisotropyske en elektryske eigenskippen fan 'e film, de konduktiviteit wêrfan by de keamers en yn' e transverse rjochting ferskynt troch seis oarder fan grutterheid. Oan 'e kant fan' e ketting is de beweging fan elektronen balistysk, i. lykas de beweging fan elektronen yn in fakuüm; Yn 'e transverse rjochting jout de film de eigenskippen fan in dielektrike, en de konduktiviteit is hopping. Dêrmei iepenet grûnslach nije kânsen yn 'e oprjochting fan nanoelektronike systemen.

Troch it swakke ferbinings fan 'e LCC-keamers dy't op in bepaalbere ôfstân fan elkoar lizze, binne de films fan' e LCC fan 'e LCC transparant foar elektronenbalken, en ek omelkoar te meitsjen en te ferbrekken de elektroanelbalken (troch ynteraksje mei plasmona's).

Materialen dy't mei linear-kanaal koper binne, troch de boppesteande opmerklike unike fysikoochemyske eigenskippen, wurde breed brûkt yn ferskate gebieten fan praktyske tapassing fan nanoelektronika nei medisinen.

| Folgjende artikel ==>





Sjoch ek:

Concepts of expert system and artificial neural network

Eigenskippen en tapassearre wearde fan nanomaterialen

Fullerenes

It begryp "sêfte mjittingen"

Carbon nanotubes

Perspektiven foar it brûken fan mikrodeksjes yn sensornetwurken

Meitsje chaos om ynformaasje te generearjen

MEMS-foarsjennings foar portable apparaten.

Quantum Hall Effect

Sensoren en mikroaktuators basearre op MEMS-technology

Prinsipes fan de bou fan multi-elemint oscillatormeitsmaatregels basearre op it brûken fan netlineare prosessen yn komplekse dynamyske systemen

Zeeman-effekt

De fysike fundamentale fan Auger spektroskopy en neutronbefrakking

Praktyske tapassing fan in atomêre krêftmikroskoop

Werom nei ynhâldsopjefte: Moderne fûnemintele en tapastlike ûndersyk yn ynstruminten

2019 @ bibinar.info