Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением
В неравновесных условиях магнетронного распыления обнаружен эффект растворимости бария (до 2 ат.%) в ГЦК-решетке алюминия. Плотность наночастиц в пленке составляет ~10¹² см⁻². Первопринципными методами рассчитана электронная структура твердого раствора Al-Ba. Результаты вычислений ab initio предсказ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наноструктурное материаловедение |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62743 |
| 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: | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением / В.Г. Ткаченко, Л.Р. Шагинян, А.И. Кондрашев, В.Л. Бекенев, А.А. Лисенко. В.В. Картузов // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 69-80. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860193830609879040 |
|---|---|
| author | Ткаченко, В.Г. Шагинян, Л.Р. Кондрашев, А.И. Бекенев, В.Л. Лисенко, А.А. Картузов, В.В. |
| author_facet | Ткаченко, В.Г. Шагинян, Л.Р. Кондрашев, А.И. Бекенев, В.Л. Лисенко, А.А. Картузов, В.В. |
| citation_txt | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением / В.Г. Ткаченко, Л.Р. Шагинян, А.И. Кондрашев, В.Л. Бекенев, А.А. Лисенко. В.В. Картузов // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 69-80. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наноструктурное материаловедение |
| description | В неравновесных условиях магнетронного распыления обнаружен эффект растворимости бария (до 2 ат.%) в ГЦК-решетке алюминия. Плотность наночастиц в пленке составляет ~10¹² см⁻². Первопринципными методами рассчитана электронная структура твердого раствора Al-Ba. Результаты вычислений ab initio предсказывают гибридизацию атомных орбиталей Al и Ba посредством перекрытия электронных s-, p-, d-состояний Al и d-состояний Ba. Дополнительные вычисления ab initio электронной структуры атомных группировок с использованием теории функционала электронной плотности доказывают принципиальную возможность существования в твердом растворе Al-Ba нанокластера Al₁₈Ba₉, структура которого близка к структуре Al₄Ba. Картины электронной микродифракции и данные оже-спектроскопии доказывают образование нанокластеров AlmBan в сплавах Al-Ba и Al-Ba,Li.
У нерівноважних умовах магнетронного розпилення виявлено ефект розчинності барію (до 2 ат.%) в ГЦК-решітці алюмінію. Щільність наночастинок у плівці становить ~10¹² см⁻². Першопринципними методами розраховано електронну структуру твердого розчину Al-Ba. Результати обчислень ab initio передбачають гібридизацію атомних орбіталей Al та Ba через перекриття електронних s-, p-, d-станів Al та d-станів Ba. Додаткові обчислення ab initio електронної структури атомних групувань із використанням теорії функціонала електронної щільності доводять принципову можливість існування у твердому розчині Al-Ba нанокластера Al₁₈Ba₉, структура якого близька до структури Al₄Ba. Картини електронної мікродифракції та дані оже-спектроскопії доводять утворення нанокластерів AlmBan у сплавах Al-Ba, Al-Ba,Li.
The effect of barium solubility (up to 2 at.%) in aluminum was revealed in Al-Ba films with structure close to that of Al₄Ba. The films were deposited in nonequilibrium conditions of magnetron sputtering. The density of nanoparticles in film is ~10¹² cm⁻². Ålectron structure of Al-Ba solid solution was calculated based on ab initio principle. Results of calculations predict the hybridization of atomic orbitals of Al and Ba by overlapping of s-, p-, d-states of Al with d-states of Ba. Calculations of the electronic structure of atomic groups on the base of the density functional theory prove the possibility of the existence of Al₁₈Ba₉ nanoclusters inside the Al-Ba solid solution. Investigations of crystal structure of Al-Ba-Li film alloy using electron diffraction and Auger-spectroscopy prove the formation of AlmBan nanoclusters in Al-Ba and Al-Ba-Li alloy films.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:07:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
69
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÓÄÊ 669.715:539.2.23:53.072 Â.Ã. Òêà÷åíêî, Ë.Ð. Øàãèíÿí, À.È. Êîíäðàøåâ,
Â.Ë. Áåêåíåâ, À.À.Ëèñåíêî. Â.Â. Êàðòóçîâ
Èíñòèòóò ïðîáëåì ìàòåðèàëîâåäåíèÿ èì. È.Í. Ôðàíöåâè÷à ÍÀÍ Óêðàèíû
ã. Êèåâ, óë. Êðæèæàíîâñêîãî, 3, Óêðàèíà, 03680
ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÝÌÈÑÑÈÎÍÍÎ-ÀÊÒÈÂÍÛÅ
ÑÏËÀÂÛ ÀËÞÌÈÍÈß ÄËß ÑÈËÜÍÎÒÎ×ÍÛÕ
ÔÎÒÎÊÀÒÎÄÎÂ Ñ ËÀÇÅÐÍÛÌ ÂÎÇÁÓÆÄÅÍÈÅÌ
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìàãíåòðîííîå
ðàñïûëåíèå, ìåòàëëè÷åñêèå ïëåí-
êè, òâåðäûé ðàñòâîð, ýëåêòðîí-
íàÿ ñòðóêòóðà, íàíîêëàñòåð
 íåðàâíîâåñíûõ óñëîâèÿõ ìàãíåòðîííîãî ðàñïûëåíèÿ îáíàðóæåí ýôôåêò ðàñ-
òâîðèìîñòè áàðèÿ (äî 2 àò.%) â ÃÖÊ-ðåøåòêå àëþìèíèÿ. Ïëîòíîñòü íàíî÷àñ-
òèö â ïëåíêå ñîñòàâëÿåò ~1012 ñì–2. Ïåðâîïðèíöèïíûìè ìåòîäàìè ðàññ÷èòàíà
ýëåêòðîííàÿ ñòðóêòóðà òâåðäîãî ðàñòâîðà Al-Ba. Ðåçóëüòàòû âû÷èñëåíèé ab
initio ïðåäñêàçûâàþò ãèáðèäèçàöèþ àòîìíûõ îðáèòàëåé Al è Ba ïîñðåäñòâîì
ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîííûõ s-, p-, d-ñîñòîÿíèé Al è d-ñîñòîÿíèé Ba. Äîïîëíèòåëü-
íûå âû÷èñëåíèÿ ab initio ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû àòîìíûõ ãðóïïèðîâîê ñ èñïîëü-
çîâàíèåì òåîðèè ôóíêöèîíàëà ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè äîêàçûâàþò ïðèíöèïè-
àëüíóþ âîçìîæíîñòü ñóùåñòâîâàíèÿ â òâåðäîì ðàñòâîðå Al-Ba íàíîêëàñòåðà
Al18Ba9, ñòðóêòóðà êîòîðîãî áëèçêà ê ñòðóêòóðå Al4Ba. Êàðòèíû ýëåêòðîííîé
ìèêðîäèôðàêöèè è äàííûå îæå-ñïåêòðîñêîïèè äîêàçûâàþò îáðàçîâàíèå íàíî-
êëàñòåðîâ AlmBan â ñïëàâàõ Al-Ba è Al-Ba,Li.
Ââåäåíèå
Ýëåêòðîííûé èíæåêòîð ñ ôîòîêàòîäîì, óïðàâëÿåìûì êîðîòêî-
èìïóëüñíûì ëàçåðîì, ÿâëÿåòñÿ êëþ÷åâûì êîìïîíåíòîì Â×-óñêî-
ðèòåëåé, ñïîñîáíûõ ôîðìèðîâàòü âûñîêîïëîòíûå ýëåêòðîííûå ïó÷êè
ñ âûñîêîé ÿðêîñòüþ (109–1011 À⋅ñì–2 ⋅ðàä–2), ìàëûì ýìèòòàíñîì
(0,6 ìì⋅ðàä) è òîêîîòáîðîì (îò 100 äî 3000 À⋅ñì–2).
Îäíàêî íèçêèé êâàíòîâûé âûõîä, ïðèñóùèé ìåòàëëàì, â ÷àñòíîñ-
òè Mg ñ ãåêñàãîíàëüíîé ïëîòíîóïàêîâàííîé ðåøåòêîé (ÃÏÓ), Al è
Cu ñ ãðàíåöåíòðèðîâàííîé êóáè÷åñêîé ðåøåòêîé (ÃÖÊ), â ÓÔ-îá-
ëàñòè ñïåêòðà (10–5…10–4 ýëåêòðîíîâ/ôîòîí) ñ÷èòàåòñÿ îäíèì èç
îñíîâíûõ íåäîñòàòêîâ, ñäåðæèâàþùèõ èñïîëüçîâàíèå ìåòàëëè÷åñ-
êèõ ôîòîêàòîäîâ ñ ëàçåðíûì (óëüòðàôèîëåòîâûì) âîçáóæäåíèåì â
óñêîðèòåëüíîé è ëàçåðíîé òåõíèêå.
Áûëè ïðåäïðèíÿòû îòäåëüíûå ïîïûòêè óâåëè÷åíèÿ êâàíòîâîãî
âûõîäà ôîòîýìèññèè ïðè îïòè÷åñêîì âîçáóæäåíèè ìåòàëëè÷åñêèõ
àòîìíûõ íàíîêëàñòåðîâ Ìån, ò. å. ãðóïïèðîâîê, ñîñòîÿùèõ èç n îäè-
íàêîâûõ àòîìîâ, â ÷àñòíîñòè, àòîìîâ ñåðåáðà [2]. Îáñóæäàåòñÿ
ìåõàíèçì êâàíòîâîãî âûõîäà, îïðåäåëÿåìîãî ïî âðåìåíè ïðîëåòà
ìåòîäîì ìàññ-ïðîëåòíîé ñïåêòðîñêîïèè, äëÿ ñâîáîäíûõ (èçîëèðî-
âàííûõ) ìåòàëëè÷åñêèõ êëàñòåðîâ Agn (ðàçìåðîì 5,4 íì), êîòîðûå
© Â.Ã. ÒÊÀ×ÅÍÊÎ, Ë.Ð. ØÀÃÈÍßÍ,
À.È. ÊÎÍÄÐÀØÅÂ, Â.Ë. ÁÅÊÅÍÅÂ,
À.À.ËÈÑÅÍÊÎ. Â.Â. ÊÀÐÒÓÇÎÂ, 2010
70
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
ïîëó÷åíû ñèíòåçîì â âîäíî-ñîëåâûõ ðàñòâîðàõ
ñ ÏÀ è ïðè õèìè÷åñêîì âîññòàíîâëåíèè âî-
äîðîäà [3, 4]. Òåîðåòè÷åñêèå ìîäåëè [5] ïðåä-
ïîëàãàþò îáðàçîâàíèå îáîëî÷å÷íîé ýëåêòðîí-
íîé ñòðóêòóðû àòîìíûõ (ùåëî÷íûõ) íàíîêëàñ-
òåðîâ Nan è Kn, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ
«ìàãè÷åñêèìè» ÷èñëàìè n = 8, 20, 40…  ýòîì
ñëó÷àå ñ èñïîëüçîâàíèåì ïåðâîïðèíöèïíûõ âû-
÷èñëåíèé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû (ab initio density
functional theory methods) è ìàññ-ïðîëåòíîé ñïåê-
òðîñêîïèè óäàåòñÿ îïðåäåëèòü «ìàãè÷åñêèå»
÷èñëà è ñèëû ñâÿçè, õàðàêòåðèçóþùèå ñòàáèëü-
íîñòü ýòèõ àòîìíûõ ãðóïïèðîâîê (äîêðèòè÷åñ-
êèõ ðàçìåðîâ). Ýëåêòðîííàÿ îáîëî÷êà âàëåíò-
íûõ ýëåêòðîíîâ óñèëèâàåò ñòàáèëüíîñòü ìåòàë-
ëè÷åñêîãî àòîìíîãî êëàñòåðà. Îäíîêðàòíî
çàðÿæåííûå êëàñòåðû ùåëî÷íîçåìåëüíûõ ìå-
òàëëîâ (Mg, Sr, Ba…) îáëàäàþò äîáàâî÷íûì
(íå÷åòíûì) ÷èñëîì âàëåíòíûõ ýëåêòðîíîâ è ïî-
ýòîìó ñîäåðæàò îòêðûòûå îáîëî÷êè, êîòîðûå
îòëè÷àþòñÿ áëèçîñòüþ ýíåðãèè Ôåðìè ê ìèíè-
ìóìó íà êðèâîé ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé. Ê ñîæàëå-
íèþ, â ïåðèîäè÷åñêîé ëèòåðàòóðå ïðè àíàëèçå
àòîìíûõ êëàñòåðîâ, íàïðèìåð Mg13 â ÃÏÓ-Mg,
Al16 â ÃÖÊ-Al, Be19 â ÃÏÓ-Âå è ò. ä.), êëàñòåð-
íûé ïîäõîä èñïîëüçóåòñÿ òîëüêî äëÿ ìîäåëèðî-
âàíèÿ ÷àñòè ìàññèâíîãî êðèñòàëëà êàê ôðàãìåí-
òà êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêè, à òàêæå äëÿ èññëå-
äîâàíèÿ ñïåöèôè÷åñêèõ îñîáåííîñòåé ìàëûõ
÷àñòèö [6–8].
Íà ñîâðåìåííîì ýòàïå ðàçâèòèÿ ñèëüíîòî÷-
íîé ôîòîýëåêòðîíèêè ïîÿâèëàñü âîçìîæíîñòü
ôîðìèðîâàòü ñìåøàííûå (ëåãèðîâàííûå) íàíî-
êëàñòåðû, êîòîðûå ñîñòîÿò èç ðàçíîðîäíûõ àòî-
ìîâ, âñòðîåííûõ â êðèñòàëëè÷åñêóþ ðåøåòêó
ìàòðèöû-ðàñòâîðèòåëÿ â åñòåñòâåííûõ òåõíî-
ëîãè÷åñêèõ óñëîâèÿõ. Ëåãèðîâàíèå àòîìíûõ
êëàñòåðîâ ïîâûøàåò èõ õèìè÷åñêóþ èíåðòíîñòü
è ñòàáèëüíîñòü, à òàêæå èçìåíÿåò èõ ýëåêòðîí-
íûå è ôèçèêî-õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà, ÷òî ÿâëÿ-
åòñÿ ïðèíöèïèàëüíî âàæíûì äëÿ ñèíòåçà íàíî-
ñèñòåì ïî ìåõàíèçìó ñáîðêè [9]. Ïî ñîâðåìåí-
íûì ïðåäñòàâëåíèÿì, N-àòîìíûé íàíîêëàñòåð –
ýòî ìîëåêóëà ñ 3N ñòåïåíÿìè ñâîáîäû, ãäå N –
÷èñëî àòîìîâ â êëàñòåðå. Èç-çà âëèÿíèÿ ïî-
âåðõíîñòè ðåøåòêà êëàñòåðà íå ÿâëÿåòñÿ ñòðî-
ãî ïåðèîäè÷åñêîé è õàðàêòåðèçóåòñÿ ìåíüøåé
äëèíîé õèìè÷åñêîé ñâÿçè ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàñ-
ñèâíûìè êðèñòàëëàìè [2, 5].
 ïðåäûäóùèõ èññëåäîâàíèÿõ [10, 11, 12]
âïåðâûå óñòàíîâëåíà íàäåæíàÿ êîððåëÿöèÿ
ìåæäó ïîâûøåíèåì ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé
âáëèçè óðîâíÿ Ôåðìè è óâåëè÷åíèåì êâàíòî-
âîãî âûõîäà äëÿ áèìåòàëëè÷åñêèõ ñèñòåì
ñïëàâîâ Mg-Ba è Al-Li. Êðîìå òîãî, ïðåäëî-
æåí ôèçè÷åñêèé ïîäõîä â ôîòîýëåêòðîíèêå
ìåòàëëè÷åñêèõ êðèñòàëëîâ, êîòîðûé ñâîäèò-
ñÿ ê èçó÷åíèþ ôîðìèðîâàíèÿ â ìåòàëëè÷åñ-
êèõ ñèñòåìàõ ñïëàâîâ áèìåòàëëè÷åñêèõ êëà-
ñòåðîâ ñ ñîáñòâåííîé ýëåêòðîííîé ñòðóêòó-
ðîé è ãèáðèäíîé õèìè÷åñêîé ñâÿçüþ [12].
Òàêîé ïîäõîä îáåñïå÷èâàåò ðåøåíèå ôèçè÷åñ-
êîé ïðîáëåìû ïîâûøåíèÿ êâàíòîâîé ýôôåê-
òèâíîñòè ôîòîýìèòòåðîâ (äëÿ èíæåêòîðîâ
ýëåêòðîíîâ) íà îñíîâå êàðäèíàëüíîãî (íà 2–
4 ïîðÿäêà èçìåðÿåìîé âåëè÷èíû) óâåëè÷åíèÿ
íèçêîãî êâàíòîâîãî âûõîäà ìåòàëëîâ (Mg, Cu,
Y), ïåðñïåêòèâíûõ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ â ñèëü-
íîòî÷íîé ýëåêòðîíèêå. Âàæíî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî
ñïåêòðàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ýëåêò-
ðîííûõ ñîñòîÿíèé, âû÷èñëåííîå FLAPW-ìåòî-
äîì äëÿ áèìåòàëëè÷åñêîãî íàíîêëàñòåðà
Mg16Âà2, ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûì ðàñïðåäåëåíèåì ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé
ïî äàííûì ÓÔ-ôîòîýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè
äëÿ îáúåìíîãî ñïëàâà Mg – 2,1% Ba. Ïðè ýòîì
ìàêñèìàëüíûé êâàíòîâûé âûõîä ôîòîýìèññèè
äîñòèãàåò çíà÷åíèé äî 10–2 ýëåêòðîíîâ/ôîòîí
ïðè ïëîòíîñòè íàíîêëàñòåðîâ 1010 ñì–2 [13].
Íàáëþäàåòñÿ çàâèñèìîñòü êâàíòîâîé ýôôåê-
òèâíîñòè íàíîñèñòåì îò ïëîòíîñòè óïàêîâêè
êëàñòåðîâ, âñòðîåííûõ â ñòðóêòóðó òâåðäîãî
ðàñòâîðà [13, 14].
Îñíîâíûìè öåëÿìè ðàáîòû ÿâëÿþòñÿ:
1) âûÿñíåíèå ïðèíöèïèàëüíîé âîçìîæíîñòè
êëàñòåðèçàöèè è ìîäåëèðîâàíèå ðàçëè÷íûõ
àòîìíûõ ãðóïïèðîâîê íàíîêëàñòåðîâ íà îñíîâå
òåîðåòè÷åñêîãî àíàëèçà ýëåêòðîííîé ñòðóêòó-
ðû è îæèäàåìîé êîððåëÿöèè ìåæäó ïëîòíîñòüþ
ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåðìè è êâàíòîâûì âûõî-
äîì ôîòîýìèññèè äëÿ ñïëàâîâ Al-Ba;
2) îòðàáîòêà ìåòîäèêè èîííî-êëàñòåðíîãî
îñàæäåíèÿ äëÿ ïîëó÷åíèÿ áîëåå âûñîêîé
ïëîòíîñòè óïàêîâêè íàíîêëàñòåðîâ AlmBan (íà
71
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
óðîâíå 1010–1012 ñì–2), îáåñïå÷èâàþùåé äàëü-
íåéøåå ïîâûøåíèå êâàíòîâîé ýôôåêòèâíîñòè
íàíîñèñòåì.
 êà÷åñòâå ëåãèðóþùåé äîáàâêè âûáðàí êëà-
ñòåðîîáðàçóþùèé ýëåìåíò Âà, êîòîðûé îáåñ-
ïå÷èâàåò ïîâûøåííûé êâàíòîâûé âûõîä ôîòî-
ýìèññèè Al â ÓÔ-îáëàñòè ñïåêòðà [15] è ñïîñî-
áåí óâåëè÷èâàòü ëîêàëüíóþ ïëîòíîñòü ñîñòîÿ-
íèé íà óðîâíå Ôåðìè çà ñ÷åò ñîáñòâåííîé ýëåê-
òðîííîé ñòðóêòóðû íàíîêëàñòåðà [12].
Ìåòîäîëîãèÿ
Òåîðåòè÷åñêèå ðàñ÷åòû
ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû
 ïîñëåäíèå ãîäû â ñâÿçè ñ óâåëè÷åíèåì
âû÷èñëèòåëüíûõ âîçìîæíîñòåé ïåðñîíàëüíûõ
êîìïüþòåðîâ ðåçêî âîçðîñëà ðîëü ðàñ÷åòîâ ab
initio ïðè ïðîâåäåíèè èññëåäîâàíèé â îáëàñòè
ôèçèêè òâåðäîãî òåëà. Ïîñòåïåííî ðàñ÷åòû íà
îñíîâå ïåðâûõ ïðèíöèïîâ âûòåñíÿþò ïîëóýì-
ïèðè÷åñêèå ìåòîäû, êîòîðûå îïèðàþòñÿ íà
áîëüøåå ÷èñëî ïîäãîíî÷íûõ ïàðàìåòðîâ. Íà-
áëþäàåòñÿ òåíäåíöèÿ ê ðàñøèðåíèþ ñôåðû ïðè-
ìåíåíèÿ òî÷íûõ êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêèõ ìåòî-
äîâ ðàñ÷åòà ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû è ôèçè÷åñ-
êèõ ñâîéñòâ òâåðäûõ òåë. Â ïîñëåäíåå âðåìÿ
òàêèå ìåòîäû (â ÷àñòíîñòè ìåòîä FLAPW –
ëèíåàðèçîâàííûé ìåòîä ïðèñîåäèíåííûõ ïëîñ-
êèõ âîëí ñ îáùåé ôîðìîé ïîòåíöèàëà) âñå ÷àùå
ïðèìåíÿþòñÿ ïðè ðåøåíèè íå òîëüêî ôóíäàìåí-
òàëüíûõ (èíòåðïðåòàöèÿ ÷èñëåííûõ ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ äàííûõ), íî è ïðèêëàäíûõ çàäà÷.
Ïîâûøåíèå òî÷íîñòè ìåòîäîâ ab initio, ñî-
âåðøåíñòâîâàíèå âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè ïî-
çâîëÿþò ñåãîäíÿ âûïîëíÿòü âûñîêîòî÷íûå ðàñ-
÷åòû ìåæàòîìíûõ âçàèìîäåéñòâèé è ïàðàìåò-
ðîâ áëèæíåãî ïîðÿäêà â ñëîæíûõ ñîåäèíåíèÿõ
è ñïëàâàõ, ÷òî äàåò âîçìîæíîñòü ïåðåéòè ê ðå-
øåíèþ ðÿäà âàæíûõ ïðèêëàäíûõ çàäà÷ ìàòå-
ðèàëîâåäåíèÿ, òàêèõ, êàê àíàëèç ñâîéñòâ ñóùåñò-
âóþùèõ è ðàçðàáàòûâàåìûõ ìàòåðèàëîâ. Âû-
÷èñëèòåëüíûé ýêñïåðèìåíò, êîòîðûé îñíîâàí íà
ïîäîáíûõ ðàñ÷åòàõ (íàïðèìåð ðàçëè÷íûå âèäû
ab initio ìîëåêóëÿðíîé äèíàìèêè), ïîçâîëÿåò öå-
ëåíàïðàâëåííî ïðîâîäèòü ðàçðàáîòêó íîâûõ
ìàòåðèàëîâ.
Òåîðåòèêî-ïîçíàâàòåëüíàÿ ñèòóàöèÿ óñëîæíÿ-
åòñÿ ïðè èññëåäîâàíèè áèìåòàëëè÷åñêèõ íàíî-
êëàñòåðîâ, ñîñòîÿùèõ èç ðàçíîñîðòíûõ àòîìîâ.
Îñîáåííîñòÿìè ýòèõ àòîìíûõ ãðóïïèðîâîê,
âñòðîåííûõ â ñòðóêòóðó ìàññèâíîãî ìåòàëëà,
ÿâëÿþòñÿ ãèáðèäèçàöèÿ àòîìíûõ îðáèòàëåé è
èçìåíåíèå õèìè÷åñêîé ñâÿçè. Ðàñ÷åò ýëåêòðîí-
íîé ñòðóêòóðû íàíîêëàñòåðà èç ïåðâûõ ïðèíöè-
ïîâ (ìåòîäîì FLAPW) ïðåäñêàçûâàåò ãèáðèäè-
çàöèþ àòîìíûõ îðáèòàëåé ïîñðåäñòâîì ïåðåêðû-
òèÿ, íàïðèìåð, s-, p-ñîñòîÿíèé Mg è d-ñîñòîÿíèé
Âà [13, 14]. Â óñëîâèÿõ íåðàâíîâåñíîé îáúåìíîé
êðèñòàëëèçàöèè ñïëàâîâ îáðàçîâàíèå áîëåå ïðî÷-
íîé õèìè÷åñêîé ñâÿçè îáúÿñíÿåòñÿ ôîðìèðîâà-
íèåì ñîáñòâåííîé ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû êëàñ-
òåðà, îòâåòñòâåííîé çà ïîâûøåíèå ëîêàëüíîé
ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé âáëèçè óðîâ-
íÿ Ôåðìè. Îäíàêî ÃÏÓ-Mg è äðóãèå ìåòàëëû
II ãðóïïû (Ñà, Zn…) ÿâëÿþòñÿ ìåòàëëàìè, íå èìå-
þùèìè d-ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåðìè, è ïîýòîìó
îáðàçóþò ñàìîñòîÿòåëüíóþ ãðóïïó â òåîðèè õè-
ìè÷åñêîé ñâÿçè ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ.
Ðàñ÷åò ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû àëþìèíèÿ è
ñïëàâà Al-Ba ïðîâåäåí ìåòîäîì ëèíåàðèçîâàííûõ
ïðèñîåäèíåííûõ ïëîñêèõ âîëí ñ ïîìîùüþ ïðî-
ãðàììíîãî êîìïëåêñà «Wien-97» [16]. Äëÿ îáìåí-
íî-êîððåëÿöèîííîãî ïîòåíöèàëà èñïîëüçîâàëîñü
îáîáùåííî-ãðàäèåíòíîå ïðèáëèæåíèå Ïåäüþ–
Áóðêå–Ýðçåíõîôà [17]. Èòåðàöèè ñàìîñîãëàñîâàí-
íîãî ðàñ÷åòà ïðîâîäèëè ñ èñïîëüçîâàíèåì
250 òî÷åê â íåïðèâîäèìîé ÷àñòè çîíû Áðèëëþýíà.
Ïîñëå äîñòèæåíèÿ ñàìîñîãëàñîâàíèÿ äëÿ ðàñ÷å-
òà ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé áûëà ïðîâåäåíà äîïîëíè-
òåëüíàÿ èòåðàöèÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì 800 òî÷åê â
íåïðèâîäèìîé ÷àñòè çîíû Áðèëëþýíà.
Äëÿ ìîäåëèðîâàíèÿ ñïëàâà Al-Ba áûëà ïîñòðî-
åíà ñóïåðÿ÷åéêà ÃÖÊ-ñòðóêòóðû, ïàðàìåòð êî-
òîðîé ðàâåí óäâîåííîìó ïàðàìåòðó ÃÖÊ-Al. Òà-
êàÿ ÿ÷åéêà ñîäåðæèò 32 àòîìà àëþìèíèÿ. Ñïëà-
âû ñèñòåìû Al-Ba ìîäåëèðîâàëèñü ïóòåì çàìåíû
îäíîãî èëè äâóõ àòîìîâ àëþìèíèÿ â ñóïåðÿ÷åéêå
íà àòîìû áàðèÿ. Çàìåíà îäíîãî àòîìà Al íà àòîì
Ba ñîîòâåòñòâóåò ñïëàâó Al-Ba ñ àòîìíîé êîíöåí-
òðàöèåé áàðèÿ 3,12%. Ïðè çàìåíå äâóõ àòîìîâ Al
íà àòîìû Ba êîíöåíòðàöèÿ áàðèÿ âîçðàñòàåò äî
6,25 àò.%. Ïåðâóþ ìîäåëüíóþ ñòðóêòóðó áóäåì
îáîçíà÷àòü ñèìâîëîì Al31Ba, âòîðóþ – Al30Ba2.
72
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Êðîìå òîãî, áûëè ïðîâåäåíû ðàñ÷åòû ýëåê-
òðîííîé ñòðóêòóðû ìàëûõ êëàñòåðîâ ñ ïîìî-
ùüþ ïðîãðàììíîãî êîìïëåêñà «Gaussian-98» â
ðàìêàõ òåîðèè ôóíêöèîíàëà ýëåêòðîííîé ïëîò-
íîñòè (DFT) è ñ èñïîëüçîâàíèåì ñïåöèàëüíîãî
áàçèñà LanLMB, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ðàñ÷å-
òîâ ñèñòåì èç òÿæåëûõ àòîìîâ. Â ýòîì ïðèáëè-
æåíèè îñòîâíûå ñîñòîÿíèÿ ðàññìàòðèâàëèñü êàê
àòîìíûå, à ïîëóîñòîâíûå áûëè âêëþ÷åíû â ðàñ-
÷åòû âàëåíòíûõ ñîñòîÿíèé. Äîñòèãàëîñü ñàìî-
ñîãëàñîâàíèå â ïîëíîé ýíåðãèè äî 0,7⋅10–4 àòîì-
íûõ åäèíèö ýíåðãèè ïîñëå 20–35 èòåðàöèé. Áûëè
ðàññìîòðåíû äâå ìîäåëè êëàñòåðîâ. Â ïåðâîé
êëàñòåð ñîñòîÿë èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè òðåõ
ýëåìåíòàðíûõ ÃÖÊ-êóáèêîâ àëþìèíèÿ, â êîòî-
ðîé äâà àòîìà öåíòðàëüíîãî êóáèêà çàìåùàëèñü
íà àòîìû áàðèÿ. Âî âòîðîé ìîäåëè êëàñòåð
ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ýëåìåíòàðíóþ îáëàñòü êðèñ-
òàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðû Al4Ba(D13) [18].
Òåõíèêà ýêñïåðèìåíòà
Ñïëàâ àëþìèíèÿ (À99) ñ 5 ìàññ.% áàðèÿ
(99,99% Âà) áûë ïîëó÷åí â èíäóêöèîííîé ïå÷è
â ñðåäå àðãîíà (ðàáî÷èé ãàç). Èç ñëèòêà áûëè
èçãîòîâëåíû ìèøåíè ∅ 50 4 ìì. Äëÿ íàïûëå-
íèÿ óãëåðîäíûõ ïëåíîê ïðèìåíÿëè ÿäåðíûé ãðà-
ôèò.  êà÷åñòâå ïîäëîæêè èñïîëüçîâàëè ìîíî-
êðèñòàëëè÷åñêèé êðåìíèé. Ïîäëîæêó îáåçæè-
ðèâàëè, óäàëÿëè îêñèäíûé ñëîé, ïðîìûâàëè â
äèñòèëëèðîâàííîé âîäå è ñóøèëè. Ôîðìèðîâà-
íèå ïëåíîê ïðîâîäèëè ìåòîäîì ìàãíåòðîííîãî
ðàñïûëåíèÿ ñ ïîìîùüþ ìîäåðíèçèðîâàííîé óñ-
òàíîâêè ÓÂÍ-2Ì ñ êîëüöåâûì ïîñòîÿííûì
ìàãíèòîì. Óãëåðîäíóþ ïëåíêó íàïûëÿëè ïðè
ÐAr=10 Ïà, òîêå ðàçðÿäà 2 À, íàïðÿæåíèè 576 Â
íà ðàññòîÿíèè ìèøåíü–ïîäëîæêà 40 ìì.
Ïëåíêó èç ñïëàâà àëþìèíèÿ ñ áàðèåì íàïûëÿ-
ëè ïðè ÐAr = 0,8 Ïà, òîêå ðàçðÿäà 0,4–0,5 À,
íàïðÿæåíèè 650 Â. Èññëåäîâàíèå êðèñòàëëè÷åñ-
êîé ñòðóêòóðû êîíäåíñàòîâ ïðîâîäèëè ñ ïîìî-
ùüþ ñêàíèðóþùåãî ýëåêòðîííîãî ìèêðîñêîïà
«Camebax» ñ ïðèñòàâêîé-àíàëèçàòîðîì SX-200
è ýëåêòðîíîãðàôà EMP-100. Îæå-ýëåêòðîííóþ
ñïåêòðîñêîïèþ ïëåíîê èç ñïëàâà àëþìèíèÿ ñ
áàðèåì ïðîâîäèëè ñ ïîìîùüþ îæå-ìèêðîçîíäà
JAMP-10S ôèðìû «Jeol» ñ äèàìåòðîì çîíäà â
èíòåðâàëå 1–10 ìêì è ãëóáèíîé àíàëèçèðóåìîé
îáëàñòè 10–20 A ° . Ïîâåðõíîñòü ñâåæåïðèãîòîâ-
ëåííûõ ïëåíîê ïîäâåðãàëè èîííîé áîìáàðäèðîâ-
êå. Ðåãèñòðèðîâàëè íèçêîýíåðãåòè÷åñêèå ïèêè
îæå-ýëåêòðîííûõ ñïåêòðîâ (LVV-ïåðåõîäû) äëÿ
èñõîäíîãî (ëèòîãî) ñîñòîÿíèÿ àëþìèíèÿ è àëþ-
ìèíèÿ èññëåäóåìûõ ïëåíîê.
Êàòîäû ñ øåðîõîâàòîñòüþ íà ìèêðîííîì
óðîâíå õàðàêòåðèçóþòñÿ áîëåå âûñîêèìè ôî-
òîýìèññèîííûìè ñâîéñòâàìè ïî ñðàâíåíèþ ñ
êàòîäàìè ñ ïëîñêîé ïîâåðõíîñòüþ [19]. Êðîìå
òîãî, øåðîõîâàòàÿ ïîâåðõíîñòü íàíîñòðóêòóðè-
ðîâàííîé ïëåíêè îáåñïå÷èâàåò ïîâûøåííóþ
ïëîòíîñòü óïàêîâêè ÷àñòèö. Ïîýòîìó ïëåíêè èç
ñïëàâà àëþìèíèÿ ñ áàðèåì ôîðìèðîâàëè íå íà
ãëàäêîé ïîâåðõíîñòè êðåìíèÿ, à íà ïðåäâàðè-
òåëüíî íàïûëåííîé íà íåãî óãëåðîäíîé ïëåíêå.
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé
Óãëåðîäíûå ïëåíêè, ñôîðìèðîâàííûå ìåòî-
äîì ìàãíåòðîííîãî ðàñïûëåíèÿ, èìåþò õàðàê-
òåðíóþ ñòîëá÷àòóþ ñòðóêòóðó [20]. Íà ïîâåðõ-
íîñòè òàêîé ïëåíêè îáðàçóþòñÿ îáû÷íî ñôåðî-
ëèòîïîäîáíûå ÷àñòè÷êè óãëåðîäà. Al-Ba-ïëåíêè
áûëè èçãîòîâëåíû â êàìåðå íåïîñðåäñòâåííî (in
situ) êîíäåíñàöèåé ñïëàâà íà óãëåðîäíûõ ïëåí-
êàõ, îñàæäåííûõ íà Si-ïîäëîæêàõ. Òîëùèíà
ïëåíêè èç ñïëàâà Al ñ Ba ñîñòàâëÿåò ~150 íì.
Åå ïîâåðõíîñòíûé ðåëüåô ïîâòîðÿåò ðåëüåô
óãëåðîäíîé ïëåíêè (ðèñ. 1à, á), ò. å. îíà ÿâëÿåò-
ñÿ øåðîõîâàòîé íà ìèêðîííîì óðîâíå.
Äëÿ äèôðàêöèè ýëåêòðîíîâ âåðõíèé ïðåäåë
ðàçìåðà íàíîêðèñòàëëîâ, äàþùèõ êîëüöåâóþ
êàðòèíó, ñîñòàâëÿåò 10–100 íì. Ïëåíêà èç ñïëà-
âà Al ñ Ba ñîñòîèò èç ïîëèêðèñòàëëîâ, ñðåäíèé
ðàçìåð êîòîðûõ íå ïðåâûøàåò 20–50 íì. Ïëîò-
íîñòü óïàêîâêè ýòèõ ÷àñòèö (1011–1012 ñì–2) íà
1–2 ïîðÿäêà ïðåâûøàåò ïëîòíîñòü íàíî÷àñ-
òèö (êëàñòåðîâ) – ýìèññèîííî-àêòèâíûõ öåíòðîâ,
ïîëó÷åííûõ ìåòîäîì íåðàâíîâåñíîé îáúåìíîé
êðèñòàëëèçàöèè è îáåñïå÷èâàþùèõ âûñî-
êèé êâàíòîâûé âûõîä ôîòîýìèññèè â ÓÔ-îá-
ëàñòè ñïåêòðà (Y ≈ 10–3 ýëåêòðîíîâ/ôîòîí ïðè
hν = 4,9 ýÂ) [10, 11, 21]. Ìèêðîðåíòãåíîñïåêò-
ðàëüíûé àíàëèç êîíäåíñàòà ïîêàçûâàåò, ÷òî îí
ñîäåðæèò 98 àò.% Al è 2 àò.% Ba. Ïî äàííûì
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
73
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ýëåêòðîíîãðàôè÷åñêîãî àíàëèçà, îí ÿâëÿåòñÿ
òâåðäûì ðàñòâîðîì áàðèÿ â àëþìèíèè.
Âàæíîé îñîáåííîñòüþ îæå-ýëåêòðîííîé
ñïåêòðîñêîïèè ÿâëÿåòñÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü îæå-
ïåðåõîäà ê õèìè÷åñêîé ïðèðîäå âçàèìîäåéñòâèÿ
àíàëèçèðóåìûõ ýëåìåíòîâ. Ýòî âçàèìîäåéñòâèå
îòðàæàåòñÿ íà ñïåêòðàõ îæå-ýëåêòðîíîâ â âèäå
õèìè÷åñêèõ ñäâèãîâ [22, 23]. Íèçêîýíåðãåòè÷åñ-
êèå (îñíîâíûå) ïèêè àëþìèíèÿ â îæå-ñïåêòðå
÷èñòîãî Al è Al â îæå-ñïåêòðå íàíîñòðóêòóðèðî-
âàííîé ïëåíêè èç ñïëàâà ñ áàðèåì, êîòîðûé ñî-
îòâåòñòâóåò LVV-ïåðåõîäó, ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2.
Ðèñ. 2. Íèçêîýíåðãåòè÷åñêèé ïèê Al, ñîîòâåòñòâóþùèé LVV-ïåðåõîäó: â îæå-ñïåêòðå àëþìèíèÿ (à); â îæå-
ñïåêòðå íàíîñòðóêòóðèðîâàííîé ïëåíêè ñïëàâà Al-Ba (á)
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðà ïëåíêè ñïëàâà Al-Ba íà óãëåðîäíîé ïîäëîæêå: ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ïîïåðå÷íîãî
ðàçðåçà (à), ñíèìîê ïîâåðõíîñòíîãî ðåëüåôà (á) è ýëåêòðîíîãðàììà ïëåíêè (â)
a á â
a á
È
íò
åí
ñè
âí
îñ
òü
, î
òí
. å
ä.
66,5 ýÂ
Ýíåðãèÿ, ýÂ
È
íò
åí
ñè
âí
îñ
òü
, î
òí
. å
ä.
67,9 ýÂ
Ýíåðãèÿ, ýÂ
74
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
Îáíàðóæåí õèìè÷åñêèé ñäâèã îñíîâíîãî ïèêà
Al â ïëåíêå îòíîñèòåëüíî òàêîãî æå ïèêà äëÿ
÷èñòîãî àëþìèíèÿ. Ýòî ñâèäåòåëüñòâóåò î õè-
ìè÷åñêîì âçàèìîäåéñòâèè ìåæäó àòîìàìè àëþ-
ìèíèÿ è áàðèÿ. Î÷åâèäíî, ïðîèñõîäèò ïåðåðàñ-
ïðåäåëåíèå ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé
àëþìèíèÿ ïðè ðàñòâîðåíèè áàðèÿ.
Ñâåäåíèÿ î ðàñïðåäåëåíèè ïëîòíîñòè ýëåê-
òðîííûõ ñîñòîÿíèé àëþìèíèÿ è òâåðäîãî ðàñ-
òâîðà áàðèÿ â íåì ìîæíî ïîëó÷èòü ïóòåì
ðàñ÷åòà èõ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû, èç êîòîðî-
ãî ñëåäóåò, ÷òî çàìåùåíèå ÷àñòè àòîìîâ àëþ-
ìèíèÿ íà àòîìû áàðèÿ ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ
îñîáåííîñòåé íà êðèâîé ïëîòíîñòè ýëåêòðîí-
íûõ ñîñòîÿíèé; ñ ïîâûøåíèåì êîíöåíòðàöèè
áàðèÿ â òâåðäîì ðàñòâîðå ïîâûøàåòñÿ çíà÷å-
íèå ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé N(Ef) íà óðîâíå Ôåð-
ìè (ðèñ. 3). Äëÿ óñòàíîâëåíèÿ ïðèðîäû ýòîãî
ýôôåêòà áûëè ðàññ÷èòàíû ïàðöèàëüíûå ïëîò-
íîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé àëþìèíèÿ è áà-
ðèÿ â ÷èñòîì àëþìèíèè è ìîäåëüíûõ ñòðóêòó-
ðàõ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 4.
Îíè ïîçâîëÿþò ñäåëàòü âûâîä î òîì, ÷òî îïè-
ñàííûé âûøå ýôôåêò ïðîèñõîäèò âñëåäñòâèå
ãèáðèäèçàöèè s-, p-, d-ñîñòîÿíèé àëþìèíèÿ ñ
d-ñîñòîÿíèÿìè áàðèÿ.
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïîëíûõ ïëîòíîñòåé
ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â ìîäåëÿõ êëàñòåðîâ
ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 5. Äëÿ èíòåðïðåòàöèè ïî-
ëó÷åííûõ ðåçóëüòàòîâ ïîëåçíî ðàññìîòðåòü ñî-
ñòîÿíèÿ èçîëèðîâàííûõ àòîìîâ Al è Ba. Â ñîîò-
âåòñòâèè ñ àòîìíûìè ðàñ÷åòàìè, ïðèâåäåííû-
ìè â ðàáîòå [24], ýòè àòîìû èìåþò òàêèå
âàëåíòíûå ñîñòîÿíèÿ:
Al (Z = 13) E (2s2) = – 0,78684 Ry,
E(3p1) = – 0,41990 Ry;
Ba (Z = 56) E(6s2) = – 0,31505 Ry
Ìîæíî îæèäàòü, ÷òî âàëåíòíàÿ ïîëîñà ôîð-
ìèðóåòñÿ 2s2- è 3ð1-ýëåêòðîíàìè àëþìèíèÿ è
6s2- ýëåêòðîíàìè áàðèÿ. Ïðè ýòîì ïîëóîñòîâíûå
ñîñòîÿíèÿ àòîìà áàðèÿ óäàëåíû îò âàëåíòíîé
ïîëîñû íà 28 ýÂ, ò. å. èõ âëèÿíèå íà íåå ïðåä-
ñòàâëÿåòñÿ íåñóùåñòâåííûì. Ñðàâíåíèå âåëè-
÷èí ýíåðãèè ýëåêòðîíîâ â ñâîáîäíûõ àòîìàõ
ïîêàçûâàåò, ÷òî ýëåêòðîíû àòîìîâ Âà çíà÷è-
òåëüíî âëèÿþò íà ïðèôåðìèåâñêóþ îáëàñòü.
Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ
Ïåðâîïðèíöèïíûé FLAPW-ìåòîä âû÷èñëå-
íèÿ ýëåêòðîííîé ñòðóêòóðû ïðåäñêàçûâàåò ïî-
âûøåíèå ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåð-
ìè â ñèñòåìå Al-Ba ïðè óâåëè÷åíèè êîíöåíòðà-
öèè áàðèÿ. Íîâûå ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé
óêàçûâàþò íà âàæíóþ îñîáåííîñòü êðèñòàëëè-
÷åñêîé ñòðóêòóðû òâåðäîãî ðàñòâîðà: îíà ïîëó-
÷åíà â óñëîâèÿõ, äàëåêèõ îò òåðìîäèíàìè÷åñ-
êîãî ðàâíîâåñèÿ íåñìåøèâàþùèõñÿ ñèñòåì (so
called immiscible systems), òàêèõ, êàê Al-Ba, ïî-
ñêîëüêó ìàãíåòðîííîå ðàñïûëåíèå ðàñøèðÿåò
ïðåäåëû ðàñòâîðèìîñòè ñèñòåì ñ íè÷òîæíîé
âçàèìíîé ðàñòâîðèìîñòüþ êîìïîíåíòîâ [25].
Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿ-
íèé â êëàñòåðíûõ ìîäåëÿõ òðåõ êóáîâ è ñòðóê-
òóðû Al4Ba óêàçûâàåò íà ïðèíöèïèàëüíóþ âîç-
ìîæíîñòü ôîðìèðîâàíèÿ íàíîêëàñòåðîâ âíóò-
ðè òâåðäîãî ðàñòâîðà Al-Ba ñ ðàñøèðåííûì
ïðåäåëîì ðàñòâîðèìîñòè.
À. Êëàñòåðíàÿ ìîäåëü òðåõ êóáîâ
(ðèñ. 5à–â). Íà ðèñ. 5à ïðèâåäåí êëàñòåð ñî
ñòðóêòóðîé ÃÖÊ-Al èç 32 àòîìîâ.  ñëó÷àå êëà-
ñòåðà Al30Ba2 äâà àòîìà Al – ñðåäíèå â òðåòüåì
è ïÿòîì ñëîÿõ – çàìåíåíû àòîìàìè áàðèÿ. Â
ðàñ÷åòàõ êëàñòåðíîé ìîäåëè ìàëîå êîëè÷åñòâî
àòîìîâ ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ ïèêîâ, íî îãèáà-
þùàÿ êðèâàÿ äàåò ïàðàáîëó. Âàëåíòíàÿ ïîëîñà
îõâàòûâàåò îáëàñòü ýíåðãèé ïðèáëèçèòåëüíî â
10,5 ýÂ. Çàìåùåíèå âíóòðåííèõ àòîìîâ àëþìè-
íèÿ àòîìàìè áàðèÿ âëèÿåò íà ôîðìó êðèâîé êàê
â íèçêîýíåðãåòè÷åñêîé îáëàñòè, òàê è â ïðèôåð-
ìèåâñêîé (ðèñ. 5á, â). Ïðè ýòîì óðîâåíü Ôåðìè
íàõîäèòñÿ âáëèçè ìàêñèìóìà, ïîÿâëåíèå êîòî-
ðîãî îáóñëîâëåíî âçàèìîäåéñòâèåì ñîñòîÿíèé
Al {3p1} è Âà {6s2}. Âåëè÷èíà ïëîòíîñòè ýëåêò-
ðîííûõ ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåðìè âîçðàñòàåò
ïî ñðàâíåíèþ ñ êëàñòåðîì, ñîñòîÿùèì òîëüêî
èç àòîìîâ Al (ðèñ. 5á). Ñîãëàñíî ýòîé ìîäåëè, â
ôîðìèðîâàíèè ñòðóêòóðû âàëåíòíîé ïîëîñû
ó÷àñòâóþò, âåðîÿòíåå âñåãî, âíåøíèå ýëåêòðî-
íû àòîìîâ àëþìèíèÿ, à ýëåêòðîíû ïðèìåñíûõ
àòîìîâ âëèÿþò ïðåèìóùåñòâåííî íà ïðèôåðìè-
åâñêóþ îáëàñòü.
Á. Êëàñòåðíàÿ ìîäåëü ñòðóêòóðû Al4Ba
(ðèñ. 5ã–å). Íà ðèñ. 5ã ïðèâåäåí êëàñòåð ñî
75
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Ðèñ. 3. Ïîëíàÿ ïëîòíîñòü ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â ÃÖÊ-ñòðóêòóðå Al (à) è ìîäåëüíûõ ñòðóêòóðàõ Al31Ba (á),
Al30Ba2 (â). Íîëü ñîâìåùåí ñ óðîâíåì Ôåðìè
20
16
12
8
4
0
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2
Ýíåðãèÿ, ýÂ
16
12
8
4
0
16
12
8
4
0
Al N(Ef) = 12,044
Al31Ba N(Ef) = 12,668
Al30Ba2 N(Ef) = 15,586Ï
ëî
òí
îñ
òü
ýë
åê
òð
îí
íû
õ
ñî
ñò
îÿ
íè
é,
ýë
åê
ò/
(ý
Â*
ÿ÷
åé
êà
)
à
á
â
76
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
5
4
3
2
1
0
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2
Ýíåðãèÿ, ýÂ
4
3
2
1
0
4
3
2
1
0
Àl s
Al p
Al d
Àl s
Al p
Al d
Ba d
Àl s
Al p
Al d
Ba d
Ï
ëî
òí
îñ
òü
ýë
åê
òð
îí
íû
õ
ñî
ñò
îÿ
íè
é,
ýë
åê
ò/
(ý
Â*
ÿ÷
åé
êà
)
à
á
â
Ðèñ. 4. Ïàðöèàëüíûå ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî Al (à) è ìîäåëüíûõ ñòðóêòóð
Al31Ba (á), Al30Ba2 (â). Íîëü ñîâìåùåí ñ óðîâíåì Ôåðìè
77
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Ðèñ. 5. Ïîëíàÿ ïëîòíîñòü ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé êëàñòåðîâ Al32 (á), Al30Ba2 (â) ñî ñòðóêòóðîé ÃÖÊ-Al (à),
Al27 (ä), Al18Ba9 (å) ñî ñòðóêòóðîé Al4Ba (ã)
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
–12 –8 –4 0 4 8 10 12
Ýíåðãèÿ, ýÂ
Ñîñòîÿíèÿ/ýÂ/àòîì
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
–12 –8 –4 0 4 8 10 12
Ýíåðãèÿ, ýÂ
Ñîñòîÿíèÿ/ýÂ/àòîì
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
–6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12
Ýíåðãèÿ, ýÂ
Ñîñòîÿíèÿ/ýÂ/àòîì
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
–12 –8 –4 0 4 8 10 12
Ýíåðãèÿ, ýÂ
Ñîñòîÿíèÿ/ýÂ/àòîì
à ã
á ä
â å
ñòðóêòóðîé Al4Ba. Çäåñü àòîìû Ba áîëüøå ïî
ðàçìåðó, ÷åì àòîìû Al.  ýòèõ êëàñòåðàõ ñî-
îòíîøåíèå àòîìîâ àëþìèíèÿ è áàðèÿ èíîå, ÷åì
â ìîäåëè òðåõ êóáîâ. Êëàñòåð ñîäåðæèò 18 àòî-
ìîâ àëþìèíèÿ è 9 àòîìîâ áàðèÿ. Ïðèôåðìè-
åâñêàÿ îáëàñòü èìååò âèä «îâðàãà»: óðîâåíü
Ôåðìè äëÿ êëàñòåðà Al18Ba9 ëåæèò ïî÷òè íà
ìàêñèìóìå (ðèñ. 5å). Ïëîòíîñòü ñîñòîÿíèé
äëÿ êëàñòåðà, ñîäåðæàùåãî òîëüêî àòîìû àëþ-
ìèíèÿ, ïðèâåäåíà íà ðèñ. 5ä. Çíà÷èòåëüíîå èç-
ìåíåíèå ïðèôåðìèåâñêîé îáëàñòè íà êðèâûõ
ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé äëÿ êëàñòå-
ðîâ Al-Ba (ðèñ. 5å) ïî ñðàâíåíèþ ñ êëàñòåðîì
Al27 (ðèñ. 5ä) äîëæíî ïðèâåñòè ê èçìåíåíèþ
îïòè÷åñêèõ è ýìèññèîííûõ ñâîéñòâ ýòèõ êðèñ-
òàëëîâ.
78
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
Àíàëèç ëèòåðàòóðíûõ äàííûõ è ïîëó÷åííûõ
â ýòîé ðàáîòå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ è òåîðåòè÷åñ-
êèõ ðåçóëüòàòîâ ïîçâîëÿåò ñäåëàòü âûâîä î âîç-
ìîæíîñòè çíà÷èòåëüíîãî âëèÿíèÿ ìàëûõ êîíöåí-
òðàöèé ïðèìåñè çàìåùåíèÿ íà ôîòîýìèññè-
îííûå ñâîéñòâà ñïëàâà â ñèñòåìå Al-Ba.
Êâàíòîâûé âûõîä ôîòîýìèññèè ëèòîãî ñïëàâà
Al – 3% Ba – 1% Li ïðè hv = 4,9 ýÂ ñîñòàâëÿåò
2,4⋅10–3 ýëåêòðîíîâ/ôîòîí, ÷òî íà 2–3 ïîðÿäêà
ïðåâûøàåò åãî çíà÷åíèå äëÿ íåëåãèðîâàííîãî
àëþìèíèÿ [26]. Ìû ïîëàãàåì, ÷òî âûñîêàÿ êâàí-
òîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü ôîòîêàòîäîâ, èçãîòîâëåí-
íûõ èç ýòîãî ñïëàâà, îáåñïå÷èâàåòñÿ ïðåæäå
âñåãî íàíîêëàñòåðèçîâàííîé ñòðóêòóðîé ìàò-
ðè÷íîãî òâåðäîãî ðàñòâîðà.  îáúåìå åãî
íàõîäÿòñÿ ìåòàëëè÷åñêèå êëàñòåðû Al-Ba ñ
ÃÏÓ-ñòðóêòóðîé ñ ðàçìåðàìè 10–14 íì è ïëîòíîñ-
òüþ óïàêîâêè ~1010 ñì–2. Ïðè ýòîì êàðòèíà ýëåê-
òðîííîé ìèêðîäèôðàêöèè ÿâëÿåòñÿ òèïè÷-
íîé äëÿ òàêîãî âèäà íàíî÷àñòèö (ðèñ. 6). Ôèçè-
÷åñêàÿ èíòåðïðåòàöèÿ «òÿæåé» (ïðîòÿæåííûõ
ðåôëåêñîâ óâåëè÷åííûõ ðàçìåðîâ), íàáëþäàå-
ìûõ íà äèôðàêöèîííûõ êàðòèíàõ ýëåêòðîíî-
ãðàìì, äàíà â ìîíîãðàôèè [27]. Îáðàçîâàíèå äî-
ìåíîâ ñ òàêîé æå êðèñòàëëè÷åñêîé ñòðóêòóðîé,
êàê è ìàòðèöà, èëè äàæå òîíêèõ âûäåëåíèé, êî-
ãåðåíòíûõ ñ ìàòðèöåé, ñâÿçûâàåòñÿ ñ ðàñòÿæå-
íèåì óçëîâ îáðàòíîé ðåøåòêè. Äàííûé ýôôåêò
ýêâèâàëåíòåí ôèçè÷åñêîìó óøèðåíèþ ëèíèé íà
ðåíòãåíîãðàììàõ äèñïåðñíûõ êðèñòàëëîâ. Ýòî
îçíà÷àåò, ÷òî íàíî÷àñòèöû ñëåäóåò îòíåñòè ê
êàòåãîðèè ñòðóêòóðíûõ åäèíèö êëàñòåðíîãî ïðî-
èñõîæäåíèÿ, ò. å. ñôîðìèðîâàííûõ ïî êëàñòåð-
íîìó ìåõàíèçìó äî ðàçìåðîâ, äîñòàòî÷íûõ äëÿ
èäåíòèôèêàöèè èõ ïî êàðòèíàì ýëåêòðîííîé äè-
ôðàêöèè.
Âûâîäû
1. Êâàíòîâî-ìåõàíè÷åñêèå ðàñ÷åòû òåîðåòè-
÷åñêîé ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé ÃÖÊ-Al
è ìîäåëüíûõ ñïëàâîâ Al31Ba, Al30Ba2 ïðåä-
ïîëàãàþò îáðàçîâàíèå õèìè÷åñêîé ñâÿçè ìåæ-
äó ìàòðèöåé Al è ïðèìåñÿìè çàìåùåíèÿ Ba.
 ñîîòâåòñòâèè ñ ðàññìîòðåííîé ìîäåëüþ ãèáðè-
äèçàöèè s-, p-, d-ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé Al è
d-ñîñòîÿíèé Âà óâåëè÷åíèå êîíöåíòðàöèè ðàñòâî-
ðåííîãî áàðèÿ ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ ïëîòíîñòè
ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé âáëèçè óðîâíÿ Ôåðìè.
2. Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ âû÷èñëåíèé ïëîò-
íîñòè ñîñòîÿíèé ìîäåëüíûõ íàíîêëàñòåðîâ ñ
äàííûìè îæå-ýëåêòðîííîé ñïåêòðîñêîïèè è êàð-
òèíàìè ýëåêòðîííîé ìèêðîäèôðàêöèè óáåæäà-
åò â òîì, ÷òî èìåííî íàíîêëàñòåð Al18Ba9 âñòðà-
èâàåòñÿ â ðåøåòêó òâåðäîãî ðàñòâîðà Ba â Al.
 ÷àñòíîñòè, îáíàðóæåíèå ðåôëåêñîâ íàíîêëàñ-
òåðà â ðåôëåêñàõ ôàçû ñòåõèîìåòðè÷åñêîãî
ñîñòàâà (Al4Ba) ñâèäåòåëüñòâóåò î ñõîäñòâå
ýòèõ äâóõ òèïîâ ðåøåòîê.
3. Óñòàíîâëåíî, ÷òî â íåðàâíîâåñíûõ óñëî-
âèÿõ êðèñòàëëèçàöèè ñïëàâà Al ñ Ba, ò. å. ïðè
ôîðìèðîâàíèè êîíäåíñàòà íà ïîäëîæêå ìåòî-
äîì ìàãíåòðîííîãî ðàñïûëåíèÿ, â áèìåòàëëè-
÷åñêèõ ñïëàâàõ Al-Ba ðàñòâîðÿåòñÿ 2 àò.% áà-
ðèÿ, òîãäà êàê â ðàâíîâåñíûõ óñëîâèÿõ Ba ïðàê-
òè÷åñêè íå ðàñòâîðÿåòñÿ â ÃÖÊ-ðåøåòêå Al.
4. Íàíîñòðóêòóðèðîâàííûå ïëåíêè ñïëàâà
Al ñ Ba èìåþò áîëåå âûñîêîå çíà÷åíèå êâàí-
òîâîãî âûõîäà ôîòîýìèññèè ïî ñðàâíåíèþ ñ
ëèòûìè êðóïíîêðèñòàëëè÷åñêèìè ñïëàâàìè
àëþìèíèÿ ñ áàðèåì âñëåäñòâèå ïîâûøåííûõ
çíà÷åíèé ïëîòíîñòè ñîñòîÿíèé N(Ef) òâåðäî-
ãî ðàñòâîðà áàðèÿ â ÃÖÊ-Al, áîëåå âûñîêîé
ïëîòíîñòè óïàêîâêè íàíî÷àñòèö, à òàêæå ìèê-
Ðèñ. 6. Êàðòèíà ýëåêòðîííîé ìèêðîäèôðàêöèè íàíî-
êëàñòåðà èç àòîìîâ Al è Ba ñî ñòðóêòóðîé Al4Ba (ÃÏÓ),
êîòîðûé íàõîäèòñÿ â îáúåìå ìàòðè÷íîãî òâåðäîãî
ðàñòâîðà ñïëàâà Al – 3% Ba – 1% Li
(200)Al (110)Al4Ba
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
79
М
АТ
ЕР
ИА
ЛО
ВЕ
Д
ЕН
ИЕ
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
ðîøåðîõîâàòîñòè èõ ýìèòèðóþùåé ïîâåðõ-
íîñòè. Ïîýòîìó îíè ÿâëÿþòñÿ ïåðñïåêòèâíû-
ìè â êà÷åñòâå ôîòîêàòîäîâ èíæåêòîðîâ ýëåê-
òðîíîâ, ôîðìèðóþùèõ èìïóëüñíûå ýëåêòðîí-
íûå ïó÷êè âûñîêîé ÿðêîñòè è ñ ìàëûì ýìèò-
òàíñîì.
Ó íåð³âíîâàæíèõ óìîâàõ ìàãíåòðîííîãî ðîçïèëåííÿ âèÿâ-
ëåíî åôåêò ðîç÷èííîñò³ áàð³þ (äî 2 àò.%) â ÃÖÊ-ðåø³òö³
àëþì³í³þ. Ù³ëüí³ñòü íàíî÷àñòèíîê ó ïë³âö³ ñòàíîâèòü
~1012 ñì–2. Ïåðøîïðèíöèïíèìè ìåòîäàìè ðîçðàõîâàíî åëåê-
òðîííó ñòðóêòóðó òâåðäîãî ðîç÷èíó Al-Ba. Ðåçóëüòàòè
îá÷èñëåíü ab initio ïåðåäáà÷àþòü ã³áðèäèçàö³þ àòîìíèõ îð-
á³òàëåé Al òà Ba ÷åðåç ïåðåêðèòòÿ åëåêòðîííèõ s-, p-,
d-ñòàí³â Al òà d-ñòàí³â Ba. Äîäàòêîâ³ îá÷èñëåííÿ ab initio
åëåêòðîííî¿ ñòðóêòóðè àòîìíèõ ãðóïóâàíü ³ç âèêîðèñòàí-
íÿì òåî𳿠ôóíêö³îíàëà åëåêòðîííî¿ ù³ëüíîñò³ äîâîäÿòü
ïðèíöèïîâó ìîæëèâ³ñòü ³ñíóâàííÿ ó òâåðäîìó ðîç÷èí³
Al-Ba íàíîêëàñòåðà Al18Ba9, ñòðóêòóðà ÿêîãî áëèçüêà äî
ñòðóêòóðè Al4Ba. Êàðòèíè åëåêòðîííî¿ ì³êðîäèôðàêö³¿ òà
äàí³ îæå-ñïåêòðîñêîﳿ äîâîäÿòü óòâîðåííÿ íàíîêëàñòåð³â
AlmBan ó ñïëàâàõ Al-Ba, Al-Ba,Li.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ìàãíåòðîííå ðîçïèëåííÿ, ìåòàëåâ³ ïë³âêè,
òâåðäèé ðîç÷èí, åëåêòðîííà ñòðóêòóðà, íàíîêëàñòåð
The effect of barium solubility (up to 2 at.%) in aluminum was
revealed in Al-Ba films with structure close to that of Al4Ba. The
films were deposited in nonequilibrium conditions of magnetron
sputtering. The density of nanoparticles in film is ~1012 ñm–2.
Ålectron structure of Al-Ba solid solution was calculated based
on ab initio principle. Results of calculations predict the
hybridization of atomic orbitals of Al and Ba by overlapping of
s-, p-, d-states of Al with d-states of Ba. Calculations of the
electronic structure of atomic groups on the base of the density
functional theory prove the possibility of the existence of Al18Ba9
nanoclusters inside the Al-Ba solid solution. Investigations of
crystal structure of Al-Ba-Li film alloy using electron diffraction
and Auger-spectroscopy prove the formation of AlmBan
nanoclusters in Al-Ba and Al-Ba-Li alloy films.
Key words: magnetron sputtering, metalic films, solid solution,
electronic structure, nanocluster
1. Haimson J., Mecklenburg B., Stovell G. A fully de-
mountable 550 kV electron gun for low emittance beam
experiment with 17 GHz linac // Proc. of the Particle
Accelerator Conference, Vancouver (Canada). – 1997. – 3. –
P. 2808–2810.
2. Faraci G., Pennisi A.R. Mechanism of photoelectron yield
enhancement from Ag clusters // Phys. Rev. – 1989. – 40,
N 6. – P. 4209–4211.
3. Ñïèðèí Ì.Ã., Áðè÷êèí Ñ.Á., Ðàçóìîâ Â.Ô. Îñîáåííîñ-
òè ïîëó÷åíèÿ íàíî÷àñòèö çîëîòà àíèçîòðîïíîé ôîðìû
â îáðàòíûõ ìèöåëëàõ òðèòîíà Õ-100 // Õèìèÿ âûñîêèõ
ýíåðãèé. – 2010. – 44, ¹ 1. – Ñ. 54–59.
4. Metal cluster enhanced organic solar cell / Westphàlen M.,
Kreibig U., Rostalski J. et al. // Solar Energy Materials and
Solar Cells. – 2000. – 61. – P. 97.
5. Kresin V.V. Electron distribution and collective resonance
in nonspherical metal clusters // Phys. Rev. – 1992. – 45,
N 24. – P. 14321–14327.
6. Ïåòðîâ Þ.È. Ôèçèêà ìàëûõ ÷àñòèö. – Ì.: Íàóêà,
1982. – 360 ñ.
7. Øïàê À.Ï., Êóíèöêèé Þ.À., Êàðáîâñêèé Â.Ë. Êëàñòåð-
íûå è íàíîñòðóêòóðíûå ìàòåðèàëû. – Ê.: Àêàäåìïå-
ðèîäèêà, 2001. – 588 ñ.
8. Ñóçäàëåâ È.Ï., Ñóçäàëåâ Ï.È. Íàíîêëàñòåðû è íàíîêëàñ-
òåðíûå ñèñòåìû. Îðãàíèçàöèÿ, âçàèìîäåéñòâèå, ñâîé-
ñòâà // Óñïåõè õèìèè. – 2001. – 70, ¹ 3. – C. 203–240.
9. Mass Spectrometric and First principles study of
AlnC-clusters / Zhao J., Liu B., Zhai H. et al. // Solid State
Commun. – 2002. – 122, N 10. – P. 543–547.
10. Ýëåêòðîííàÿ ñòðóêòóðà ìåòàëëè÷åñêèõ ñïëàâîâ ñ ïî-
âûøåííûì êâàíòîâûì âûõîäîì ôîòîýìèññèè / Òêà÷åí-
êî Â.Ã., Êîíäðàøåâ À.È., Ëàçîðåíêî Â.È. è äð. //
Äîêë. ÐÀÍ. – 1999. – 367, ¹ 5. – Ñ. 632–635.
11. Âûñîêîýôôåêòèâíûå ôîòîýìèññèîííûå ìàòåðèàëû íà
îñíîâå ìåòàëëè÷åñêèõ ñèñòåì, ñïëàâîâ. Ñîâðåìåííîå
ñîñòîÿíèå, ïåðñïåêòèâû ðàçâèòèÿ / Òêà÷åíêî Â.Ã.,
Ìàêñèì÷óê È.Í., Êîíäðàøåâ À.È. è äð // Ì-ëû ìåæ-
äóíàð. êîíô. «Ñîâðåìåííîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, äîñòè-
æåíèÿ è ïðîáëåìû». – Ê., 2005. – C. 409–410.
12. Òêà÷åíêî Â.Ã., Êîíäðàøåâ À.È., Ìàêñèì÷óê È.Í. Ôè-
çè÷åñêèå îñíîâû ôîòîýëåêòðîíèêè ìåòàëëè÷åñêèõ êðèñ-
òàëëîâ. – Ê.: Àêàäåìïåðèîäèêà, 2009. – 219 ñ.
13. Tkachenko V.G., Kondrashev A.I., Maksimchuk I.N.
Advanced metal alloy system for massive high-current
photocathodes // Appl. Phys. B. Lasers and Optics. –
2010. – 98. – Ð. 839–849.
14. Òêà÷åíêî Â.Ã. Ñîâðåìåííûå òåíäåíöèè â ôèçèêå ëåã-
êèõ ìåòàëëîâ // Óñïåõè ôèçèêè ìåòàëëîâ. – 2009. – 10. –
Ñ. 105–132.
15. À. ñ. ¹ 1758704Ô1 ÑÑÑÐ. Ôîòîêàòîä, ðàáîòàþùèé â
óëüòðàôèîëåòîâîé îáëàñòè ñïåêòðà / Áèøàåâ À.Ì.,
Äåìèäîâ Þ. Â., Çóñìàí Ë. Ë. è äð. (ÑÑÑÐ). – 4 ñ. Îïóáë.
30.08.1992; Áþë. ¹ 32.
16. Blaha P., Schwarz K., Luitz J. A Full Potential Linearized
Augmented PlaneWave Package for Calculating Crystal
Properties // Techn. Universitat Wien, Austria. – 1999. –
119 p.
17. Perdew J.P., Burke S., Erserhof M. Generalized Gradient
Approximation Made Simple // Phys. Rev. Let. – 1996. –
77, N 1. – P. 3865–3868.
18. Ìàòþøåíêî Í.Í. Êðèñòàëëè÷åñêèå ñòðóêòóðû äâîé-
íûõ ñîåäèíåíèé. – Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1969. – 302 ñ.
80
Íàíîñòðóêòóðíîå ìàòåðèàëîâåäåíèå, 2010, ¹ 4
19. Óðáàõ Ì.È. Âëèÿíèå øåðîõîâàòîñòè ýìèòèðóþùåé ïî-
âåðõíîñòè íà ôîòîýìèññèîííûå ñâîéñòâà ìàòåðèàëîâ //
Ì-ëû ÕÕ Âñåñîþç. êîíô. ïî ýìèññèîííîé ýëåêòðîíè-
êå. – Ê., 1987. – Ò. 2. – Ñ. 158–160.
20. Hoffman D.W., MñCune R.C. Microstructural control of
plasma sputtered refractory coating // Handbook of Plasma
Processing Technology. – Park Ridge, New Jersy: Noyes
Publ. – 1990. – P. 473–497.
21. Ôèçè÷åñêèå ïðèíöèïû ôîðìèðîâàíèÿ ôîòîýìèññèîí-
íûõ ñâîéñòâ ñèëüíîòî÷íûõ èìïóëüñíûõ ôîòîêàòîäîâ ñ
ëàçåðíûì âîçáóæäåíèåì íà îñíîâå ñèñòåìû ìàãíèé–áà-
ðèé / Òðåôèëîâ Â.È., Òêà÷åíêî Â.Ã., Ìàêñèì÷óê È.Í.
è äð. // Äîêë. ÐÀÍ. – 1995. – 340, ¹ 1. – Ñ. 48–50.
22. Ýëåêòðîííàÿ è èîííàÿ ñïåêòðîñêîïèÿ òâåðäûõ òåë /
Ïîä ðåä. Ë. Ôèðìåíñà, Äæ. Âýííèêà, Â. Äåêåéñåðà. –
Ì.: Ìèð, 1981. – 468 ñ.
23. ×åðåïèí Â.Å., Âàñèëüåâ Ì.À. Ìåòîäû è ïðèáîðû äëÿ
àíàëèçà ïîâåðõíîñòè ìàòåðèàëîâ. – Ê.: Íàóêîâà äóìêà,
1982. – 400 ñ.
24. Mann J.B. Atomic Structure Calculations. II. Hartree-
Fock Wavefunctions and Radial Expections Values:
Hydrogen to Lawrencium. – Los Alamos, 1968. –
125 p.
25. Childress J.R., Chien C.L. Reentrant magnetic behavior in
fcc Co-Cu alloys // Phys. Rev. – 1991. – 43, N 10. –
P. 8089–8093.
26. Nanocluster-induced quantum photoyield of metal alloy
systems / Tkachenko V.G., Kondrashev A.I., Maksim-
chuk I.N. et al. // Appl. Phys. B. Lasers and Optics. –
2010. – 101. – P. 253–261.
27. Ýíäðþñ Ê., Äàéñîí Ä., Êèîóí Ñ. Ýëåêòðîíîãðàììû è
èõ èíòåðïðåòàöèÿ. – Ì.: Ìèð, 1971. – 256 ñ.
ÊÎÍÑÎËÈÄÈÐÎÂÀÍÍÛÅ ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÍÛÅ ÌÀÒÅÐÈÀËÛ, ÒÐÅÕÌÅÐÍÛÅ ÎÁÚÅÊÒÛ
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-62743 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-9988 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:07:27Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ткаченко, В.Г. Шагинян, Л.Р. Кондрашев, А.И. Бекенев, В.Л. Лисенко, А.А. Картузов, В.В. 2014-05-25T12:06:19Z 2014-05-25T12:06:19Z 2010 Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением / В.Г. Ткаченко, Л.Р. Шагинян, А.И. Кондрашев, В.Л. Бекенев, А.А. Лисенко. В.В. Картузов // Наноструктурное материаловедение. — 2010. — № 4. — С. 69-80. — Бібліогр.: 27 назв. — рос. 1996-9988 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62743 669.715:539.2.23:53.072 В неравновесных условиях магнетронного распыления обнаружен эффект растворимости бария (до 2 ат.%) в ГЦК-решетке алюминия. Плотность наночастиц в пленке составляет ~10¹² см⁻². Первопринципными методами рассчитана электронная структура твердого раствора Al-Ba. Результаты вычислений ab initio предсказывают гибридизацию атомных орбиталей Al и Ba посредством перекрытия электронных s-, p-, d-состояний Al и d-состояний Ba. Дополнительные вычисления ab initio электронной структуры атомных группировок с использованием теории функционала электронной плотности доказывают принципиальную возможность существования в твердом растворе Al-Ba нанокластера Al₁₈Ba₉, структура которого близка к структуре Al₄Ba. Картины электронной микродифракции и данные оже-спектроскопии доказывают образование нанокластеров AlmBan в сплавах Al-Ba и Al-Ba,Li. У нерівноважних умовах магнетронного розпилення виявлено ефект розчинності барію (до 2 ат.%) в ГЦК-решітці алюмінію. Щільність наночастинок у плівці становить ~10¹² см⁻². Першопринципними методами розраховано електронну структуру твердого розчину Al-Ba. Результати обчислень ab initio передбачають гібридизацію атомних орбіталей Al та Ba через перекриття електронних s-, p-, d-станів Al та d-станів Ba. Додаткові обчислення ab initio електронної структури атомних групувань із використанням теорії функціонала електронної щільності доводять принципову можливість існування у твердому розчині Al-Ba нанокластера Al₁₈Ba₉, структура якого близька до структури Al₄Ba. Картини електронної мікродифракції та дані оже-спектроскопії доводять утворення нанокластерів AlmBan у сплавах Al-Ba, Al-Ba,Li. The effect of barium solubility (up to 2 at.%) in aluminum was revealed in Al-Ba films with structure close to that of Al₄Ba. The films were deposited in nonequilibrium conditions of magnetron sputtering. The density of nanoparticles in film is ~10¹² cm⁻². Ålectron structure of Al-Ba solid solution was calculated based on ab initio principle. Results of calculations predict the hybridization of atomic orbitals of Al and Ba by overlapping of s-, p-, d-states of Al with d-states of Ba. Calculations of the electronic structure of atomic groups on the base of the density functional theory prove the possibility of the existence of Al₁₈Ba₉ nanoclusters inside the Al-Ba solid solution. Investigations of crystal structure of Al-Ba-Li film alloy using electron diffraction and Auger-spectroscopy prove the formation of AlmBan nanoclusters in Al-Ba and Al-Ba-Li alloy films. ru Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України Наноструктурное материаловедение Консолидированные наноструктурные материалы, трехмерные объекты Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением Article published earlier |
| spellingShingle | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением Ткаченко, В.Г. Шагинян, Л.Р. Кондрашев, А.И. Бекенев, В.Л. Лисенко, А.А. Картузов, В.В. Консолидированные наноструктурные материалы, трехмерные объекты |
| title | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| title_full | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| title_fullStr | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| title_full_unstemmed | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| title_short | Наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| title_sort | наноструктурные эмиссионно-активные сплавы алюминия для сильноточных фотокатодов с лазерным возбуждением |
| topic | Консолидированные наноструктурные материалы, трехмерные объекты |
| topic_facet | Консолидированные наноструктурные материалы, трехмерные объекты |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/62743 |
| work_keys_str_mv | AT tkačenkovg nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem AT šaginânlr nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem AT kondraševai nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem AT bekenevvl nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem AT lisenkoaa nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem AT kartuzovvv nanostrukturnyeémissionnoaktivnyesplavyalûminiâdlâsilʹnotočnyhfotokatodovslazernymvozbuždeniem |