Физика низких температур, 2008, № 01

Кинетика абсорбции и десорбции водорода в монокристаллах фуллерита С₆₀. Низкотемпературные микромеханические и структурные характеристики твердого раствора внедрения С₆₀(Н₂)x

Tue, 01 Jan 2008 00:00:00 GMT

Кинетика абсорбции и десорбции водорода в монокристаллах фуллерита С₆₀. Низкотемпературные микромеханические и структурные характеристики твердого раствора внедрения С₆₀(Н₂)x Фоменко, Л.С.; Лубенец, С.В.; Нацик, В.Д.; Стеценко, Ю.Е.; Яготинцев, К.А.; Стржемечный, М.А.; Прохватилов, А.И.; Осипьян, Ю.А.; Изотов, А.Н.; Сидоров, Н.С. При комнатной температуре измерены зависимости микротвердости HV и параметра решетки a монокристаллов C₆₀ от времени насыщения водородом t при нескольких значениях температуры насыщения (250, 300 и 350 °C) и фиксированном давлении водорода p = 30 атм. Кинетика абсорбции водорода согласно измерениям HV и a описывается простым экспоненциальным законом с одним зависящим от температуры характеристическим временем. В сильно насыщенных образцах микротвердость повышалась в 4 раза, а параметр решетки увеличивался на 0,2 % по сравнению с исходным кристаллом С₆₀. В интервале температур 77–300 К изучены температурные зависимости микротвердости HV и параметра решетки a кристаллов C₆₀(H₂)x. Внедрение водорода существенно понижает температуру ГЦК–ПК фазового перехода, а сам переход становится сильно растянутым по температуре. Зависимость микротвердости насыщенного образца от времени выдержки на воздухе при комнатной температуре описывается суммой двух экспонент с разными значениями характеристического времени. Такая кинетика предположительно обусловлена двумя процессами: десорбцией водорода из образца, что вызывает падение микротвердости, и одновременным вхождением в образец газовых примесей из окружающего воздуха, что сопровождается упрочнением. Обсуждаются влияние молекул Н₂ на характер межмолекулярного взаимодействия в фуллерите С₆₀ и обусловленные интеркаляцией процессы дислокационного скольжения и микроразрушения.; При кімнатній температурі виміряно залежності мікротвердості HV і параметра гратки a монокристал ів C₆₀ від часу насичення воднем t при декількох значеннях температури насичення (250, 300 та 350 °C) і фіксованому тиску водню p = 30 атм. Кінетика абсорбції водню згідно з вимірюваннями HV та a описується простим експоненціальним законом з одним характеристичним часом, який залежить від температури. В сильно насичених зразках мікротвердість збільшувалась в 4 рази, а параметр гратки змінювався на 0,2 % у порівнянні з вихідним кристалом C₆₀. В інтервалі температур 77–300 К вивчено температурні залежності мікротвердості HV та параметра гратки a кристалів C₆₀(H₂)x. Проникнення водню суттєво знижує температуру ГЦК–ПК фазового переходу, а сам перехід стає сильно разтягнутим по температурі. Залежність мікротвердості насиченого зразка від часу витримки на повітрі при кімнатній температурі описується сумою двох експонент з різними значеннями характеристичного часу. Така кінетика за припущенням обумовлена двома процесами: десорбцією водню із зразка, що викликає зниження мікротвердості, і одночасним входженням у зразок газових домішок із оточуючого повітря, що супроводжується зміцненням. Обговорюється вплив молекул Н₂ на характер міжмолекулярної взаємодії в фулериті С₆₀ та обумовлені інтеркаляцією процеси дислокаційного ковзання та мікроруйнування.; The room temperature values of microhardness HV and the lattice parameter a of C₆₀ single crystals have been measured as a function of the hydrogen saturation time t at several saturation temperatures (250, 300, and 350 °C) and a fixed hydrogen pressure of 30 bar. Based on the measurements of both HV and a the hydrogen absorption kinetics can be described by a simple exponential law with a single temperature-dependent characteristic time. In highly saturated samples the microhardness grew four-fold, while the lattice parameter increased by 0.2 % compared to the pristine C₆₀ crystal. The temperature dependence of the microhardness HV and the lattice parameter a of the C₆₀(H₂)x crystal was studied within the temperature range 77–300 K. Penetration of hydrogen considerably lowers the fcc-sc phase transition point, the transition becoming strongly extended in temperature. The dependence of the microhardness on the time of exposure to atmospheric air can be described by a sum of two exponential laws with appreciably different characteristic times. Such a kinetics is supposedly controlled by two processes, namely, the hydrogen desorption from the sample, which entails a decrease in microhardness and a simultaneous penetration into the sample of gas impurities from the ambient air, which is accompanied by a hardening. The effect of H₂ molecules on the character of the molecular interaction in fullerite C₆₀ and the intercalation- related processes of dislocation glid and microfracture are discussed.

Peculiarities of EPR spectra of methyl radicals in quench-condensed krypton films

Tue, 01 Jan 2008 00:00:00 GMT

Peculiarities of EPR spectra of methyl radicals in quench-condensed krypton films Dmitriev, Yu.A. Methyl radicals are trapped in the solid Kr film by simultaneous condensation of gaseous Kr and the products of the gas discharge in CH₄ doped Kr on the low temperature (4.2 K) substrate located at the center of the microwave cavity. The observed EPR spectrum is a superposition of broad-line and narrow-line series. At a low resonance microwave power, the latter one consists of four hyperfine components with nearly equal intensities, and shows small axial anisotropy of both g- and A-tensors. At a sufficiently large power, two central narrow lines split so that the narrow-line series takes an appearance recorded elsewhere for CH₃ in Ar at higher temperatures above 12 K. Simultaneously, the intensity of two central broad lines increases dramatically while the outer components become saturated. The possible explanation is discussed.

Электроакустическая конверсия в модуляционно-легированных гетероструктурах SiGe/Si

Tue, 01 Jan 2008 00:00:00 GMT

Электроакустическая конверсия в модуляционно-легированных гетероструктурах SiGe/Si Хижный, В.И. Методом высокочастотной гибридной акустической спектроскопии на частоте ~ 225 МГц изучена температурная зависимость эффективности линейной генерации звуковых волн электрическими полями в модуляционно-легированных гетероструктурах Si1–xGex /Si. Показано, что сигнал конверсии для области температур 4,2–150 К связан с наличием областей пространственного заряда в структуре и кулоновским механизмом возбуждения продольных акустических волн электрическим полем, нормальным к поверхности планарной структуры. Изучено влияние содержания атомов Ge x в когерентно- напряженных слоях SiGe на амплитуду сигнала конверсии. Обнаружена высокая чувствительной величины эффекта к изменению индекса x в интервале 0,1 < x < 0,13. Обсуждается влияние возможной пьезоактивности слоев SiGe, а также зарядов на глубоких ловушках вблизи границ раздела Si/SiGe/Si на величину сигнала конверсии.; Методом високочастотної гібридної акустичної спектроскопії на частоті ~ 225 МГц вивчено температурну залежність ефективності лінійної генерації звукових хвиль електричними полями в модуляц ійно-легованих гетероструктурах Si1–xGex/Si. Показано, що сигнал конверсії для області температур 4,2–150 К пов’язаний з наявністю областей просторового заряду в структурі й кулонівським механізмом порушення поздовжніх акустичних хвиль електричним полем, нормальним до поверхні планарної структури. Вивчено вплив вмісту атомів Ge x у когерентно-напружених шарах SiGe на амплітуду сигналу конверсії. Виявлено високу чутливість величини ефекту до зміни індексу x в інтервал і 0,1 < x < 0,13. Обговорюється вплив можливої п’єзоактивності шарів SiGe, а також зарядів на глибоких пастках поблизу межи поділу Si/SiGe/Si на величину сигналу конверсії.; The temperature dependence of the efficiency of acoustic wave linear generation by electric fields in modulation-doped Si1–xGex/Si heterostructures has been studied by the HF-hybrid acoustic spectroscopic method at a frequency of ~ 225 MHz. It is shown that the conversion signal at temperatures ranged from 4,2 to 150 K is associated with the existence of space-charge regions in the structure and the Coulomb mechanism of electric excitation of acoustic waves. The effect of Ge atom content, x, in coherence-stressed SiGe layers on the conversion signal amplitude is investigated. The effect is found to be very sensitive to variations of x in the interval 0.1 < x < 0.13. The influence of some possible piezoactivity of the SiGe layers and the changes on deep traps in the vicinity of Si/SiGe/Si interfaces on the conversion signal is discussed.

Квантовые и поверхностные состояния носителей заряда в оптических спектрах нанокластеров в матрице с низкой диэлектрической постоянной

Tue, 01 Jan 2008 00:00:00 GMT

Квантовые и поверхностные состояния носителей заряда в оптических спектрах нанокластеров в матрице с низкой диэлектрической постоянной Бондарь, Н.В.; Бродин, М.С. Получены и проанализированы оптические спектры квантовых точек CdS и ZnSe, выращенных в боросиликатном стекле золь-гель методом. Обнаружено, что при концентрациях обоих полупроводников х < 0,06% спектры излучения обусловлены аннигиляцией свободных (внутренних) экситонов в квантовых состояниях. Рассчитаны средний размер квантовых точек (KT) для данной концентрации ZnSe и CdS, который хорошо согласуется с рентгенографическими данными, а также энергия связи экситонов с учетом диэлектрического рассогласования полупроводника и матрицы. Высказано предположение, что рассогласование может быть причиной появления уровня протекания (перколяции) экситонов в массиве КТ, которое наблюдается в обеих системах при х > 0,06%. Впервые обнаружено излучение из поверхностного уровня КТ CdS в области 2,7 эВ, образованного внешними атомами с оборванными связями, а также полоса излучения из поверхностных локализованных состояний. Установлена связь между положением максимума этой полосы и энергией 1S-состояния свободного экситона. Показано, что свойства поверхностных локализованных состояний во многом сходны с аналогичными свойствами локализованных состояний 3D (аморфные полупроводники, твердые растворы замещения) и 2D (квантовые ямы и сверхрешетки) структур.; Отримано та проаналізовано оптичні спектри квантових точок ZnSe та CdS, які було вирощено в боросил ікатному склі золь-гель методом. Виявлено, що при концентраціях обох напівпровідників х < 0,6% спектри випромінювання обумовлені анігіляцією вільних (внутрішніх) екситонів у квантових станах. Розраховано середній розмір квантових точок (КТ) для даної концентрації ZnSe та CdS, котрий добре узгоджується з рентгенографічними даними, а також енергію звязку екситонів з урахуванням діелектричного неузгодження напівпровідника та матриці. Зроблено припущення, що неузгодження може бути причиною появи рівня протікання (перколяції) екситонів в масиві КТ, яке спостерігається в обох системах при х > 0,06%. Вперше виявлено випромінювання з поверхневого рівня КТ CdS в області 2,7 eВ, утвореного зовнішніми атомами з обірваними звзками, а також смугу випромінювання із поверхневих локалізованих станів. Встановлено звязок між положенням максимума цієї смуги та енергією 1S-стану вільного екситона. Показано, що властивості поверхневих локалізованих станів багато в чому схожі на аналогічні властивості локалізованих станів 3D (аморфні напівпровідники, тверді розчини заміщення) та 2D (квантові ями та надгратки) структур.; The optical spectra from quantum dots of CdS and ZnSe grown by the sol-gel method in borosilicate glass are taken and analyzed. It is found that for the both semiconductors with x < 0.06% the radiation spectra are conditioned by the annihilation of free (internal) exitons in the quantum states. For that concentration, calculated is the mean size of quantum dots (QD) which is in good agreement with the x-ray diffraction data, as well as the exiton binding energy, the semiconductor-matrix dielectric mismatch being taken into account. It is suggested that the mismatch may be responsible for an exiton percolation level occurred in the QD bulk at x > 0.06% in the above systems. A ~ 2.7 eV emission from the QD surface level of CdS formed by dangling-bond external atoms and an emission band from the surface localized states were observed for the first time. The relation between the maximum position of the band and the energy of the free exciton 1S state is found out. It is shown that the properties of surface localized states are much similar to those of localized states of 3D (amorphous semiconductors, substitutional solutions) and 2D (quantum wells and superlattices) structures.