Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі

Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі

У роботі запропоновано новий технологічний підхід до синтезу мультипошарових наноструктур, який дає можливість підсилення їх сенсорних властивостей та застосування для високоефективного неелектрохімічного акумулювання електричної енергії. Показано, що синтез наноструктури InSe<CS(NH₂)₂> в пост...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2016
Hauptverfasser: Іващишин, Ф.О., Балабан, О.В., Григорчак, І.І.
Format: Artikel
Sprache:Ukrainian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2016
Schriftenreihe:Журнал физики и инженерии поверхности
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116933
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі / Ф.О. Іващишин, О.В. Балабан, І.І. Григорчак // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 145-151. — Бібліогр.: 16 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116933
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1169332025-02-09T16:34:27Z Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі Модификация свойств клатрато/кавитандных комплексов InSe<CS(NH₂)₂> и GaSe<CS(NH₂)₂> при их синтезе в магнитном поле Properties modification of clathrate/kavitand systems InSe<CS(NH₂)₂> AND GaSe<CS(NH₂)₂> at their synthesis in magnetic field Іващишин, Ф.О. Балабан, О.В. Григорчак, І.І. У роботі запропоновано новий технологічний підхід до синтезу мультипошарових наноструктур, який дає можливість підсилення їх сенсорних властивостей та застосування для високоефективного неелектрохімічного акумулювання електричної енергії. Показано, що синтез наноструктури InSe<CS(NH₂)₂> в постійному магнітному полі призводить до зміни магніторезистивного ефекту з від’ємного на додатній. Для наноструктури GaSe<CS(NH₂)₂>, синтезованої в постійному магнітному полі, зростає індуктивний відгук та діелектрична проникність більше, ніж на два порядки, також зареєстровано колосальний магнітоємнісний ефект. Синтез наноструктури GaSe<CS(NH₂)₂> у постійному магнітному полі забезпечує поєднання значення тангенса кута електричних втрат (меншого від одиниці) у інфранизькочастотному діапазоні з надвисоким значенням діелектричної проникності. Це є перспективним для накопичення електричної енергії на квантовому рівні. В работе предложен новый технологический подход к синтезу мультислоистых наноструктур, который дает возможность усиления их сенсорных свойств и применения для высокоэффективного неэлектрохимического аккумулирования электрической энергии. Показано, что синтез наноструктуры InSe<CS(NH₂)₂> в постоянном магнитном поле приводит к изменению магниторезистивного эффекта с отрицательного на положительный. Для наноструктуры GaSe<CS(NH₂)₂>, синтезированной в постоянном магнитном поле, растет индуктивный отзыв и диэлектрическая проницаемость больше, чем на два порядка, также зарегистрирован колоссальный магнитоемкостный эффект. Синтез наноструктуры GaSe<CS(NH₂)₂> в постоянном магнитном поле обеспечивает сочетание меньшего единицы значения тангенса угла электрических потерь в инфранизкочастотном диапазоне со сверхвысоким значением диэлектрической проницаемости, является перспективным для накопления электрической энергии на квантовом уровне. In this paper, new technological approach to the synthesis of multi layered nanostructures was proposed. It increased sensory properties of these nanostructures and used for highly efficient nonelectrochemical accumulation of electrical energy. It was shown, that the synthesis of InSe<CS(NH₂)₂> nanostructures in the constant magnetic field led to changes in magnetoresistive effect from negative to positive. For nanostructure GaSe<CS(NH₂)₂>, synthesized in a constant magnetic field, the inductive response and dielectric permittivity increased by more than two orders of magnitude. Also for this nanostructure huge magnetic capacitive effect was registered. Synthesis of GaSe<CS(NH₂)₂> nanostructure in constant magnetic field provided the combination (in the infra low frequency range) of loss tangent value (less then 1) with ultrahigh dielectric constant. This combination was promising for the accumulation of electrical energy on the quantum level. 2016 Article Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі / Ф.О. Іващишин, О.В. Балабан, І.І. Григорчак // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 145-151. — Бібліогр.: 16 назв. — укр. 2519-2485 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116933 537.226.8 uk Журнал физики и инженерии поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description У роботі запропоновано новий технологічний підхід до синтезу мультипошарових наноструктур, який дає можливість підсилення їх сенсорних властивостей та застосування для високоефективного неелектрохімічного акумулювання електричної енергії. Показано, що синтез наноструктури InSe<CS(NH₂)₂> в постійному магнітному полі призводить до зміни магніторезистивного ефекту з від’ємного на додатній. Для наноструктури GaSe<CS(NH₂)₂>, синтезованої в постійному магнітному полі, зростає індуктивний відгук та діелектрична проникність більше, ніж на два порядки, також зареєстровано колосальний магнітоємнісний ефект. Синтез наноструктури GaSe<CS(NH₂)₂> у постійному магнітному полі забезпечує поєднання значення тангенса кута електричних втрат (меншого від одиниці) у інфранизькочастотному діапазоні з надвисоким значенням діелектричної проникності. Це є перспективним для накопичення електричної енергії на квантовому рівні.
format Article
author Іващишин, Ф.О.
Балабан, О.В.
Григорчак, І.І.
spellingShingle Іващишин, Ф.О.
Балабан, О.В.
Григорчак, І.І.
Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
Журнал физики и инженерии поверхности
author_facet Іващишин, Ф.О.
Балабан, О.В.
Григорчак, І.І.
author_sort Іващишин, Ф.О.
title Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
title_short Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
title_full Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
title_fullStr Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
title_full_unstemmed Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
title_sort модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів inse<cs(nh₂)₂> та gase<cs(nh₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2016
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116933
citation_txt Модифікація властивостей клатрато/кавітандних комплексів InSe<CS(NH₂)₂> ТА GaSe<CS(NH₂)₂> при їх синтезі в магнітному полі / Ф.О. Іващишин, О.В. Балабан, І.І. Григорчак // Журнал физики и инженерии поверхности. — 2016. — Т. 1, № 2. — С. 145-151. — Бібліогр.: 16 назв. — укр.
series Журнал физики и инженерии поверхности
work_keys_str_mv AT ívaŝišinfo modifíkacíâvlastivostejklatratokavítandnihkompleksívinsecsnh22tagasecsnh22priíhsintezívmagnítnomupolí
AT balabanov modifíkacíâvlastivostejklatratokavítandnihkompleksívinsecsnh22tagasecsnh22priíhsintezívmagnítnomupolí
AT grigorčakíí modifíkacíâvlastivostejklatratokavítandnihkompleksívinsecsnh22tagasecsnh22priíhsintezívmagnítnomupolí
AT ívaŝišinfo modifikaciâsvojstvklatratokavitandnyhkompleksovinsecsnh22igasecsnh22priihsintezevmagnitnompole
AT balabanov modifikaciâsvojstvklatratokavitandnyhkompleksovinsecsnh22igasecsnh22priihsintezevmagnitnompole
AT grigorčakíí modifikaciâsvojstvklatratokavitandnyhkompleksovinsecsnh22igasecsnh22priihsintezevmagnitnompole
AT ívaŝišinfo propertiesmodificationofclathratekavitandsystemsinsecsnh22andgasecsnh22attheirsynthesisinmagneticfield
AT balabanov propertiesmodificationofclathratekavitandsystemsinsecsnh22andgasecsnh22attheirsynthesisinmagneticfield
AT grigorčakíí propertiesmodificationofclathratekavitandsystemsinsecsnh22andgasecsnh22attheirsynthesisinmagneticfield
first_indexed 2025-11-27T23:54:39Z
last_indexed 2025-11-27T23:54:39Z
_version_ 1849989722203488256
fulltext Іващишин Ф. О., Балабан О. В., Григорчак І. І., 2016 © 145 Журнал фізики та інженерії поверхні, 2016, том 1, № 2, сс. 145–151; Журнал физики и инженерии поверхности, 2016, том 1, № 2, сс. 145–151; Journal of Surface Physics and Engineering, 2016, vol. 1, No. 2, pp. 145–151 УДК: 537.226.8 МОДИФІКАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КЛАТРАТО/КАВІТАНДНИХ КОМПЛЕКСІВ InSe<CS(NH2)2> ТА GaSe<CS(NH2)2> ПРИ ЇХ СИНТЕЗІ В МАГНІТНОМУ ПОЛІ Ф. О. Іващишин, О. В. Балабан, І. І. Григорчак Національний університет «Львівська політехніка», Львів, Україна, Надійшла до редакції 03.02.2016 У роботі запропоновано новий технологічний підхід до синтезу мультипошарових нано­ структур, який дає можливість підсилення їх сенсорних властивостей та застосування для високоефективного неелектрохімічного акумулювання електричної енергії. Пока­ зано, що синтез наноструктури InSe<CS(NH2)2> в постійному магнітному полі призво­ дить до зміни магніторезистивного ефекту з від’ємного на додатній. Для наноструктури GaSe<CS(NH2)2>, синтезованої в постійному магнітному полі, зростає індуктивний відгук та діелектрична проникність більше, ніж на два порядки, також зареєстровано колосальний магнітоємнісний ефект. Синтез наноструктури GaSe<CS(NH2)2> у постійному магнітному полі забезпечує поєднання значення тангенса кута електричних втрат (меншого від одиниці) у інфранизькочастотному діапазоні з надвисоким значенням діелектричної проникності. Це є перспективним для накопичення електричної енергії на квантовому рівні. Ключові слова: GaSe, InSе, CS(NH2)2, інтеркаляція, клатрат, кавітанд, імпедансна спектроскопія, магнітоємнісний ефект, квантовий акумулятор. МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ КЛАТРАТО/КАВИТАНДНЫХ КОМПЛЕКСОВ InSe<CS(NH2)2> И GaSe<CS(NH2)2> ПРИ ИХ СИНТЕЗЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ Ф. О. Иващишин, О. В. Балабан, И. И. Григорчак В работе предложен новый технологический подход к синтезу мультислоистых нанострук­ тур, который дает возможность усиления их сенсорных свойств и применения для высоко­ эффективного неэлектрохимического аккумулирования электрической энергии. Показано, что синтез наноструктуры InSe<CS(NH2)2> в постоянном магнитном поле приводит к измене­ нию магниторезистивного эффекта с отрицательного на положительный. Для наноструктуры GaSe<CS(NH2)2>, синтезированной в постоянном магнитном поле, растет индуктивный от­ зыв и диэлектрическая проницаемость больше, чем на два порядка, также зарегистрирован колоссальный магнитоемкостный эффект. Синтез наноструктуры GaSe<CS(NH2)2> в посто­ янном магнитном поле обеспечивает сочетание меньшего единицы значения тангенса угла электрических потерь в инфранизкочастотном диапазоне со сверхвысоким значением диэлек­ трической проницаемости, является перспективным для накопления электрической энергии на квантовом уровне. Ключевые слова: GaSe, InSе, CS(NH2)2, интеркаляция, клатрат, кавитанд, импедансная спек­ троскопия, магнитноемкостный эффект, квантовый аккумулятор. PROPERTIES MODIFICATION OF CLATHRATE/KAVITAND SYSTEMS InSe<CS(NH2)2> AND GaSe<CS(NH2)2> AT THEIR SYNTHESIS IN MAGNETIC FIELD F. O. Ivashchyshyn, O. V. Balaban, I. I. Grygorchak In this paper, new technological approach to the synthesis of multi layered nanostructures was proposed. It increased sensory properties of these nanostructures and used for highly efficient nonel ectrochemical accumulation of electrical energy. It was shown, that the synthesis of InSe<CS(NH2)2> nanostructures in the constant magnetic field led to changes in magnetoresistive МОДИФІКАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КЛАТРАТО/КАВІТАНДНИХ КОМПЛЕКСІВ InSe<CS(NH2)2> ТА GaSe<CS(NH2)2> ПРИ ЇХ СИНТЕЗІ... 146 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 effect from negative to positive. For nanostructure GaSe<CS(NH2)2>, synthesized in a constant magnetic field, the inductive response and dielectric permittivity increased by more than two orders of magnitude. Also for this nanostructure huge magnetic capacitive effect was registered. Synthesis of GaSe<CS(NH2)2> nanostructure in constant magnetic field provided the combination (in the infra low frequency range) of loss tangent value (less then 1) with ultrahigh dielectric constant. This combination was promising for the accumulation of electrical energy on the quantum level. Keywords: GaSe, InSе, CS(NH2)2, intercalation, clathrate, kavitand, impedance spectroscopy, magnetic capacitive effect, quantum battery. ВСТУП Уже більш як десятиліття підвищену увагу приковує формування наногібридизованих неорганічно/органічних композитів як спо­ сіб отримання структур з широким спек­ тром нових, невідомих досі властивостей [1, 2]. Проте успіхи, досягнуті на шляху їх практичного застосування, ще не можна вважати вражаючими, адже поки що нако­ пичений лише незначний досвід і зроблені тільки перші кроки [3, 4, 5]. Видається, що подальшого прогресу в комплексному дослі­ дженні таких наногібридів, спрямованому на розширення сфер їх практичного застосуван­ ня, можна досягнути застосуванням в якос­ ті гостьового контенту супрамолекулярних об’єктів, з якими часто пов’язують реалі­ зацію унікальних фізико­хімічних власти­ востей, які часто є парадоксальними [6, 7]. У них рецептор («господар») містить моле­ кулярні центри налаштовані на селективне зв’язування певного визначеного субстрата («гостя») за так званим принципом «замок­ ключ». Власне один з їх різновидностей ви­ різнив новий принцип організації речовини – клатратний. Очевидно, що такий підхід від­ криває можливість формування супрамоле­ кулярних ансамблів ієрархічної архітектури субгосподар<господар<гість>>. Очікується, що останні зможуть зробити вагомий внесок в розвиток наноінженерії. Так, нами в роботах [8, 9] в якості гостьо­ вих кавітандів були використані відповідно 18­краун­ефір­6 та тіосечовина (тіокарбамід­ CS(NH2)2). Наприклад, останній може діяти як проміжний господар завдяки сильним міжмолекулярним водневим зв’язкам між кислотними протонами NH2­груп і атома­ ми кисню або сірки сусідніх молекул. В результаті утворюється хіральна спіральна порожниста трубка з молекул сечовини з міні­ мальним ван­дер­ваальсовим діаметром 5,5– 5,8 Å, в яку може ввійти гість з відповідним поперечним перерізом. В результаті було до­ ведено, що синтезовані клатрато/кавітандні ансамблі першого типу перспективні для роз­ винення супрамолекулярної фотоелектроні­ ки, а другого – для підвищення ефективності Li+­інтеркаляційного струмоутворення. На жаль, сьогодні поза увагою залишилася ще одна можливість підвищення варіабель­ ності потрібних властивостей отримуваних неорганічно/органічних наногібридів. Це — їхній синтез у зовнішніх фізичних полях, на­ приклад, магнітному. Оскільки інформація щодо такого напрямку досліджень взагалі відсутня, то метою даної роботи якраз і є за­ повнення в певній мірі зазначеної прогалини в цій галузі знань. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ В експериментах матеріалами — «субгоспо­ дарями» служили шаруваті напівпровідники селенід галію (GaSe) та селенід індію (InSe). Вирощені методом Бріджмена­Стокбарге­ ра монокристали володіли яскраво вираже­ ною шаруватою структурою та р­ і n­типом провідності, відповідно. Ширина забороне­ ної зони (за оптичними даними) складала 2,02 еВ для першого виду монокристалів та 1,22 еВ — для другого. Відомо [10], що вони характеризуються наявністю так званих «гостьових» позицій (областей дій слабких ван­дер­ваальсових сил), орієнтованих пер­ пендикулярно до кристалографічної осі С. Впровадження в означені внутрішньокрис­ талічні проміжки чужорідних іонів, атомів чи молекул відоме як явище інтеркаляції [11]. В якості гостьового кавітанду засто­ совувалася тіосечовина. Оскільки вона безпосередньо ні в InSe, ні в GaSe не впро­ ваджується, то для формування нанострук­ тур InSe(GaSe)<CS(NH2)2> була застосована тристадійна схема кристалоінженерії, де­ тально описана в [12]. Розширення гратки Ф. О. ІВАЩИШИН, О. В. БАЛАБАН, І. І. ГРИГОРЧАК 147ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 уздовж кристалографічної осі С становило двократне значення. З метою дослідження впливу постійного магнітного поля, прикла­ деного в процесі формування наногібридів, на струмопроходження та поляризаційні властивості частина структур формувалася у постійному магнітному полі (МП), напру­ женістю 2,75 кОе і напрямленому перпенди­ кулярно до нанопрошарків. Дослідження кінетичних і поляризаційних властивостей синтезованих наноструктур проводили методом імпедансної спектро­ скопії в частотному діапазоні 10–3–106 Гц за допомогою вимірювального комплексу «AUTOLAB» фірми «ECO CHEMIE» (Нідер­ ланди), укомплектованого комп’ютерними програмами FRA­2 та GPES. Комп’ютерна параметрична ідентифікація отриманих імпе­ дансних залежностей проводилася в середо­ вищі програмного пакету ZView 2.3 (Scribner Associates). Вимірювання проводилися за нормальних умов (НУ) та в постійному МП напруженістю 2,75 кОе. Постійне магнітне поле при вимірюваннях було колінеарним (перпендикулярним до нанопрошарків) зі струмом, щоб можна було абстрагуватися від сили Лоренца. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ На рис. 1 наведені частотні залежності дій­ сної складової питомого комплексного імпе­ дансу (ReZ(ω)) до (1–2) і після впровадження тіосечовини за НУ (3–4) та в МП (5–6) у дво­ кратно розширений InSe. Насамперед видно, що інтеркаляція тіосечовини призводить до зростання ReZ(ω) за обох умов синтезу. При цьому вплив магнітного поля, накладеного в процесі формування наногібриду, за ве­ личиною хоч і є слабим, проте, з точки зору частотної дисперсії дійсної складової комп­ лексного імпедансу, є істотним — появляють­ ся осциляції в частотному інтервалі 1–350 Гц (вставка на рис. 1). Причину таких осциляцій мабуть можна було б пов’язати з модифіка­ цією домішкового спектру за рахунок залиш­ кового «квантового підсилення» гостьовим контентом зеєманівського розщеплення. Зникнення цих осциляцій при вимірюван­ ні у МП (крива 6 на рис. 1) свідчить про трансформацію у магнітному полі смугас­ того спектру у квазінеперервний за рахунок того ж зеєманівського розщеплення. Те, що власне цей механізм є відповідальним за спо­ стережувані ефекти можна бачити з рис. 1, на якому добре видно перехід від від’ємного магнітоопору для наноструктури, синтезова­ ної за НУ, до додатнього — у разі синтезу в МП. Це означає, що накладання МП в про­ цесі синтезу забезпечує інверсію асиметрії густини станів над і під рівнем Фермі. Постійне магнітне поле, накладене в про­ цесі синтезу змінює і поляризаційні проце­ си. Підтвердження цього можна бачити на рис. 2. Видно, що низькочастотні вітки го­ дографів імпедансу мають протилежний час­ тотний генезис (вставка до рис. 2). Якщо для наноструктури, синтезованої за НУ, можна запропонувати еквівалентну електричну схему (рис. 3а), що містить квантову ємність Лурі [13] дискретизованих станів у напрям­ ку, перпендикулярному до нанопрошарків, 4000 R eZ , О м *с м 3500 3000 2500 10–2 ω, Гц 100 102 104 6 3 5 4 R eZ , О м *с м 3960 3940 3920 100 101 ω, Гц 102 1 2 Рис. 1. Частотні залежності дійсної складової пито­ мого комплексного імпедансу InSe до (1–2) і після впровадження тіосечовини за НУ (3–4) та в МП (5– 6). Вимірювання проводилося за НУ (1, 3, 5) та у МП (2, 4, 6) 1000 900 800 700 –I m Z, О м *с м 600 500 400 300 200 100 0 –100 2000 2500 ReZ, Ом*см 3000 3500 4000 23 30 –I m Z, О м *с м 20 10 0 3900 3950 ReZ, Ом*см 4000 4050 1 Рис. 2. Діаграми Найквіста двократно розширеного InSe (1) та InSe<CS(NH2)2>, синтезованого за НУ (2) та в МП (3) МОДИФІКАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КЛАТРАТО/КАВІТАНДНИХ КОМПЛЕКСІВ InSe<CS(NH2)2> ТА GaSe<CS(NH2)2> ПРИ ЇХ СИНТЕЗІ... 148 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 то у випадку синтезу в МП вона описується схемою (рис. 3б), в якій елемент BCP [14] відображає струмопроходження в прос­ торово­обмеженій області з комплексною електропровідністю, а СРЕ з малим показ­ ником фазового відхилення (n ≤ 0,1) в дано­ му разі моделює фракталізований бар’єрний потенціал. Зазначимо, що незавершеність дуг годографу імпедансу у високочастотній об­ ласті пов’язана лише з тим, що використо­ вуваний імпедансний комплекс обмежений скануванням частотного діапазону до 1 МГц. Впровадження тіосечовини в еквідис­ тантно розширену матрицю р­типу GaSe за НУ веде до зменшення дійсної складової питомого комплексного імпедансу майже на порядок (рис. 4), засвідчуючи акцептор­ ні властивості гостьового контенту. Синтез у МП навпаки — викликає ріст ReZ. Однак, за обох умов синтезу бачимо сильно немоно­ тонну частотну дисперсію низькочастотної вітки ReZ, що вказує на появу індуктив­ ного відгуку наноструктури, зумовленого, захопленням і утримуванням інжектованих носіїв пастковими центрами упродовж часу співмірного з півперіодом вимірювально­ го сигналу [15, 16]. Це добре видно з діа­ грам Найквіста — відображення залежності Im(Z) = f(ReZ) у площині комплексного ім­ педансу: відповідні вітки переходять у IV індуктивний квадрант (рис. 5). Для синтезованої структури GaSe< CS(NH2)2> за НУ спостерігається гігант­ ський додатній магніторезистивний ефект: ReZ зростає практично у 5 разів в широкому інфранизькочастотному діапазоні (10–3–1 Гц). Магнітне поле, накладене при синтезі прак­ тично нівелює зміну ReZ під час вимірюван­ ня у МП. Володіючи низькою електронною провід­ ністю (зумовленою власними дефектами) наногібриди GaSe<CS(NH2)2> можуть вияви­ тися цікавими, для Діелектроніки. Оскільки для неї важливим параметром є, зокрема, добротність структур, то розглядатимемо, найперше умови, при яких тангенс кута R CQ C1 а б R CPE R BCP Рис. 3. Еквівалентні електричні схеми для годографів імпедансу синтезованих наноструктур 1011 1010 R eZ , О м *с м 109 108 107 106 10–3 10–2 10–1 ω, Гц 100 101 102 103 3 1 2 Рис. 4. Частотні залежності дійсної складової пито­ мого імпедансу GaSe до (1) і після впровадження тіосичовини за НУ (2) та в МП (3). Вимірювання про­ водилося за НУ 4,0×108 –I m Z, О м *с м 2,0×108 0,0 –2,0×108 0,0 ReZ, Ом*см 5,0×108 1,0×109 1,5×109 а б 1,0×1011 5,0×1010 –I m Z, О м *с м 0,0 –5,0×1010 –1,0×1011 0,0 4,0×1010 ReZ, Ом*см 8,0×1010 1,2×1011 Рис. 5. Діаграми Найквіста наноструктури GaSe<CS(NH2)2> сформованої за НУ (а) та в МП (б). Вимірювання проводилося за НУ Ф. О. ІВАЩИШИН, О. В. БАЛАБАН, І. І. ГРИГОРЧАК 149ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 електричних втрат (tgδ) є меншим від одини­ ці. Як видно з рис. 6а, це область 102–106 Гц для наногібриду GaSe<CS(NH2)2>, синтезова­ ного за НУ, та 10–3–10–1 Гц — синтезованого в МП. Загалом, інтеркаляція тіосечовини за НУ забезпечує менше значення tgδ, порівня­ но з вихідною матрицею тільки у частотно­ му інтервалі 3·104–106 Гц. Натомість синтез у МП розширює низькочастотну межу зазна­ ченого зменшення tgδ практично до 102 Гц (рис. 6а). Під час вимірювань у МП тангенс кута електричних втрат зменшується як для структури, синтезованої у магнітному полі, так і за нормальних умов. Діелектрична проникність (ε) в частот­ ному інтервалі 102–105 Гц практично не змі­ нюється після впровадження тіосечовини за НУ у двократно розширений GaSe. Проте при синтезі GaSe<CS(NH2)2> в МП вона росте у частотному інтервалі 3·103–106 Гц (рис. 6б). В залежності від значення частоти її ріст може складати два порядки. Як видно з рис. 6б для синтезованих струк­ тур виявлено колосальний магнітоємнісний ефект: у магнітному полі діелектрична про­ никність сильно зростає. При цьому, вели­ чина зазначеного росту залежить від умов синтезу. Так синтез за НУ забезпечує ріст ε практично у 100 разів в частотному інтер­ валі 102–4·104 Гц, що перевищує відповідний ріст для наноструктур, синтезованих у МП. Натомість, останні умови синтезу забезпечу­ ють сильний ріст ε у високочастотному діа­ пазоні 4·104–106 Гц. З наведених частотних залежностей ді­ електричної проникності видно частотні інтервали її аномальної частотної диспер­ сії — ріст ε зі збільшенням частоти. Її природа має електронне походження і, най­ імовірніше, пов’язана з додатковою поляри­ зацією, що виникає при перескоках носіїв по локалізованих станах під рівнем Фермі. З вище наведених результатів випливають два важливих напрямки практичного засто­ сування синтезованих клатрато/кавітандних структур: • поєднання колосальних значень ε з низь­ кими значеннями tgδ у високочастотній області забезпечує використання дослі­ джуваних наноструктур в якості висо­ кодобротних конденсаторних структур з надвеликою ємністю для радіочастот­ ного діапазону; • сильне зменшення tgδ та ріст ε з дано­ го частотного діапазону при накладанні магнітного поля відкриває широкі пер­ спективи використання як високочутли­ вих ємнісних сенсорів магнітного поля та магнетоварікапів. При цьому в більшості випадків техніч­ ного застосування, власне накладання МП в процесі синтезу забезпечує покращені функціональні можливості. І не тільки. Осо­ бливо варто звернути увагу на той факт, що синтез наногібриду GaSe<CS(NH2)2> саме у МП забезпечує поєднання у інфранизько­ частотному діапазоні (10–3–10–1 Гц) значення tg δ меншого від одиниці із надвисоким зна­ ченням діелектричної проникності (105–104), що дозволяє надвисокоємне накопичення енергії на квантовому рівні, придатне для 1,0 0,8 tg δ 0,6 0,4 0,2 0,0 102 103 ω, Гц 104 105 106 3 2 1 10–1 ω, Hz 10–210–3 1,0 0,8 0,6tg δ 0,4 0,2 0,0 Рис. 6а. Частотні залежності tgδ у GaSe до (1) та після впровадження CS(NH2)2 за НУ (2), у МП (3). Вимірю­ вання проводилося за НУ. На вставці — інфра­ низькочастотна область 106 105 104 ε 103 102 101 102 103 ω, Гц 104 105 106 3 1 2 4 Рис. 6б. Частотні залежності дійсної складової ε GaSe після впровадження CS(NH2)2 за НУ (1, 2) та в МП (3, 4). Вимірювання проводилося за НУ (1, 3) і у МП (2, 4) МОДИФІКАЦІЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ КЛАТРАТО/КАВІТАНДНИХ КОМПЛЕКСІВ InSe<CS(NH2)2> ТА GaSe<CS(NH2)2> ПРИ ЇХ СИНТЕЗІ... 150 ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 створення квантових акумуляторів — новіт­ ньої альтернативи хімічним джерелам струму. Поки можна тільки допустити, що природа цього ефекту пов’язана з накопиченням за­ рядів на межах фаз «субгосподаря» і «госпо­ даря» при умові спряження інтерференційної блокади резонансного електронного тунелю­ вання з великим радіусом екранування Тома­ са­Фермі підбар’єрних носіїв. ВИСНОВКИ 1. Синтез наноструктури InSe<CS(NH2)2> у постійному магнітному полі призводить до зміни магніторезистивного ефекту з від’ємного на додатній та кардинально змінює природу поляризаційних власти­ востей, про що свідчить протилежний частотний генезис низькочастотних віток діаграм Найквіста. 2. Для наноструктури GaSe<CS(NH2)2>, синтезованої за нормальних умов, спо­ стерігається явище «від’ємної ємності» та колосальний магнітоємнісний ефект, які суттєво зростають, якщо її синтезувати у постійному магнітному полі. 3. Мультипошарові наногібриди GaSe< CS(NH2)2> є високодобротними у радіо­ частотному діапазоні. У інфранизькочас­ тотній області поєднання меншого від одиниці значення tgδ з надвисоким зна­ ченням ε досягається тільки в результа­ ті накладання при їх синтезі постійного магнітного поля перпендикулярно до на­ нопрошарків. Останнє призводить до над­ високоємного накопичення електричної енергії на квантовому рівні. ЛІТЕРАТУРА 1. Choy J. H. Intercalative route to heterostruc­ tured nanohybirds / J. H. Choy, S. J. Kwon, G. S. Park // Science. — 1998. — Vol. 280. — P. 1589–1592. 2. Choy J. H. Intercalative nanohybrids of nu­ cleoside monophosphates and DNA in lay­ ered metal hydroxide / J. H. Choy, S. Y. Kwak, J. S. Park, Y. J. Jeong, J. Portier // J. Am. Chem. Soc. — 1999. — Vol. 121. — P. 1399–1400. 3. Grygorchak I. I. High frequency capacitor nanostructure formation by intercalation / I. I. Grygorchak, B. O. Seredyuk, K. D. Tov­ styuk, B. P. Bakhmatyuk // New Trends in Intercalation Compounds for Energy Stor­ age. — Paris: Kluwer acad. publ. — 2002. — P. 543–545. 4. Voitovych S. A. Lateral semiconductive and polymer conductive nanolayered structures: preparation, properties and application / S. A. Voitovych, I. I. Grygorchak, O. I. Aksi­ mentyeva // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2008. — Vol. 497. — P. 55–64. 5. Choy J. H. Intercalative route to heterostruc­ tured nanohybrids / J. H. Choy, S. M. Peak, J. M. Oh, E. S. Jang // Curr. Appl. Phys. — 2002. — Vol. 2(6). — P. 489–495. 6. Стид, Дж. В. Супрамолекулярная химия / Дж. В. Стид, Дж. Л. Этвуд. — М.: Академ­ книга, 2007. — 480 с. 7. Elhabiri M. Supramolecular edifices and switches based on metal / M. Elhabiri, A­M. Albrecht­Gary // Coord. Chem. Rev. — 2008. — Vol. 252(10–11). — P. 1079–1092. 8. Біщанюк Т. М. Термодинамічні і кінетичні особливості Li+­інтеркаляційного струмо­ утворення у супрамолекулярних ансам­ блях ієрархічної архітектури на базі МСМ­ 41 і роз ширеного графіту з карбамідним каві тандом / Т. М. Біщанюк, Р. Я. Швець, І. І. Григорчак, С. І. Будзуляк, Л. С. Яблонь, І. А. Климишин // ФХТТ. — 2013. — Т. 14, № 1. — С. 190–196. 9. Григорчак, І. І. Інтеркалатні нанострук­ тури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, засто сування / І. І. Григорчак, Ф. О. Іващи­ шин, О. І. Григорчак, Д. В. Матулка // Фізична інженерія поверхні. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 284–292. 10. Kuhn, A. Crystal structure and interatom­ ic distance in GaSe / A. Kuhn, A. Chevy, R. Che valier // Phys. Status Sol. — 1975. — Vol. A31. — P. 469–475. 11. Grygorchak, І. І. Intercalation: achievements, problems, outlook (Review) / І. І. Grygorchak // PCSS. — 2001. — Vol. 2, No. 1. — P. 7–57. 12. Иващишин Ф. О. Интеркалатные гетеро­ структурированные наногибриды конфи гу­ рации полупроводник­нематик: формирова­ ние, свойства, применение / Ф. О. Ива щишин, И. И. Григорчак // ФТТ. — 2010. — Т. 52, № 10. — С. 1891–1986. 13. Luryi S. Quantum capacitance devices // Appl. Phys. Lett. — 1988. — Vol. 52(6). — P. 501–503. Ф. О. ІВАЩИШИН, О. В. БАЛАБАН, І. І. ГРИГОРЧАК 151ЖФІП ЖФИП JSPE, 2016, т. 1, № 2, vol. 1, No. 2 14. Стойнов З. Б. Электрохимический импе­ данс / З. Б. Стойнов, Б. М. Графов, Б. Са­ вова­Стойнова, В. В. Елкин. — М.: Наука, 1991. — 336 с. 15. Bishchaniuk T. M. Electronic processes and energy storage in inorganic/organic nano­ hybrids / T. M. Bishchaniuk, O. V. Balaban, R. Ya. Shvets, I. I. Grygorchak, A. V. Fechan, B. A. Lukiyanets, F. O. Ivashchyshyn // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2014. — Vol. 589, No. 3. — P. 132–140. 16. Grygorchak I. I. New materials for «quantum» storage of electric power / I. I. Grygorchak, B. A. Lukiyanets, O. V. Balaban, T. M. Bish­ chaniuk, R. Ya. Shvets // Mat. Sci. Semicon. Proc. — 2014. — Vol. 26. — P. 690–694. LІTERATURA 1. Choy J. H. Intercalative route to heterostruc­ tured nanohybirds / J. H. Choy, S. J. Kwon, G. S. Park // Science. — 1998. — Vol. 280. — P. 1589–1592. 2. Choy J. H. Intercalative nanohybrids of nucleoside monophosphates and DNA in layered metal hydroxide / J. H. Choy, S. Y. Kwak, J. S. Park, Y. J. Jeong, J. Portier // J. Am. Chem. Soc. — 1999. — Vol. 121. — P. 1399–1400. 3. Grygorchak I. I. High frequency capacitor nanostructure formation by intercalation / I. I. Grygorchak, B. O. Seredyuk, K. D. Tovstyuk, B. P. Bakhmatyuk // New Trends in Intercalation Compounds for Energy Storage. — Paris: Kluwer acad. publ. — 2002. — P. 543–545. 4. Voitovych S. A. Lateral semiconductive and polymer conductive nanolayered structures: preparation, properties and application / S. A. Voitovych, I. I. Grygorchak, O. I. Aksimentyeva // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2008. — Vol. 497. — P. 55–64. 5. Choy J.H. Intercalative route to heterostruc­ tured nanohybrids / J. H. Choy, S. M. Peak, J. M. Oh, E. S. Jang // Curr. Appl. Phys. — 2002. — Vol. 2(6). — P. 489–495. 6. Stid, Dzh. V. Supramolekulyarnaya himiya / Dzh. V. Stid, Dzh. L. Etvud. — M.: Akademkniga, 2007. — 480 p. 7. Elhabiri M. Supramolecular edifices and switches based on metal / M. Elhabiri, A­M. Albrecht­Gary // Coord. Chem. Rev. — 2008. — Vol. 252(10–11). — P. 1079–1092. 8. Bіschanyuk T. M. Termodinamіchnі і kіne­ tichnі osoblivostі Li+­іnterkalyacіjnogo strumo utvorennya u supramolekulyarnih an­ samblyah ієrarhіchnoї arhіtekturi na bazі MSM­41 і roz shirenogo grafіtu z karbamіdnim kavі tandom / T. M. Bіschanyuk, R. Ya. Shvec’, І. І. Grigorchak, S. І. Budzulyak, L. S. Yablon’, І. A. Klimishin // FHTT. — 2013. — Vol. 14, No. 1. — P. 190–196. 9. Grigorchak, І. І. Іnterkalatnі nanostrukturi z ієrarhіchnoyu supramolekulyarnoyu arhіtek ­ turoyu: otrimannya, vlastivostі, zastosuvannya / І. І. Grigorchak, F. O. Іvaschi shin, O. І. Grigorchak, D. V. Matulka // Fіzichna іnzhenerіya poverhnі. — 2010. — Vol. 8, No. 4. — P. 284–292. 10. Kuhn, A. Crystal structure and interatomic distance in GaSe / A. Kuhn, A. Chevy, R. Che valier // Phys. Status Sol. — 1975. — Vol. A31. — P. 469–475. 11. Grygorchak, І. І. Intercalation: achievements, problems, outlook (Review) / І. І. Grygorchak // PCSS. — 2001. — Vol. 2, No. 1. — P. 7–57. 12. Ivaschishin F. O. Interkalatnye geterostruk­ turi rovannye nanogibridy konfi gu racii polu­ provodnik­nematik: formirovanie, svoj stva, primenenie / F. O. Iva schishin, I. I. Grigorchak // FTT. — 2010. — Vol. 52, No. 10. — P. 1891– 1986. 13. Luryi S. Quantum capacitance devices // Appl. Phys. Lett. — 1988. — Vol. 52(6). — P. 501– 503. 14. Stojnov Z. B. Elektrohimicheskij impedans / Z. B. Stojnov, B. M. Grafov B. Savova­Stojnova V. V. Elkin. — M.: Nauka, 1991. — 336 p. 15. Bishchaniuk T. M. Electronic processes and energy storage in inorganic/organic nanohybrids / T. M. Bishchaniuk, O. V. Balaban, R. Ya. Shvets, I. I. Grygorchak, A. V. Fechan, B. A. Lukiyanets, F. O. Ivashchyshyn // Mol. Cryst. Liq. Cryst. — 2014. — Vol. 589, No. 3. — P. 132–140. 16. Grygorchak I. I. New materials for «quantum» storage of electric power / I. I. Grygorchak, B. A. Lukiyanets, O. V. Balaban, T. M. Bi­ shchaniuk, R. Ya. Shvets // Mat. Sci. Semicon. Proc. — 2014. — Vol. 26. — P. 690–694.

Ähnliche Einträge