Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування
В даній роботі показана можливість створення за допомогою інтеркаляційних технологій складних супрамолекулярних комплексів – неорганічний напівпровідник/органічний рецептор. Об’єктами для досліджень служили шаруваті напівпровідники галій селенід та індій селенід, які використовувалися як тіло “гос...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98907 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування / І.І. Григорчак, Ф.О. Іващишин, О.І. Григорчак, Д.В. Матулка // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 284–292. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98907 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Григорчак, І.І. Іващишин, Ф.О. Григорчак, О.І. Матулка, Д.В. 2016-04-19T13:52:59Z 2016-04-19T13:52:59Z 2010 Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування / І.І. Григорчак, Ф.О. Іващишин, О.І. Григорчак, Д.В. Матулка // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 284–292. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98907 539.2; 669.24 В даній роботі показана можливість створення за допомогою інтеркаляційних технологій складних супрамолекулярних комплексів – неорганічний напівпровідник/органічний рецептор. Об’єктами для досліджень служили шаруваті напівпровідники галій селенід та індій селенід, які використовувалися як тіло “господаря”. В якості “гостьового” компонента використовувалися молекули органічного рецептора – 18-краун-ефір-6. Представлені результати досліджень отриманих зразків методом імпедансної спектроскопії відповідно до яких побудовані еквівалентні електричні схеми. Побудована та розрахована математична модель, що відображає процеси струмопроходження в даних зразках. В работе показана возможность создания с помощью интеркаляционных технологий сложных супрамолекулярных комплексов – неорганический полупроводник/органический рецептор. Объектами для исследований служили слоистые полупроводники селенид галлия и селенид индия, которые использовались в качестве тела “хозяина”. В качестве “гостевого” компонента использовались молекулы органического рецептора – 18-краун-эфир-6. Представлены результаты исследований полученных образцов методом импедансной спектроскопии, в соответствии с которыми построены эквивалентные электрические схемы. Построена и рассчитана математическая модель, которая отражает процессы токопрохождения в данных образцах. The possibility of formation of such supramolecular complexes as inorganic semiconductor/organic receptor with use of intercalation technologies is presented in this work. Lamellar semiconductors gallium selenide and indium selenide were objects of research. These compounds were used as the body of host. Molecules of organic receptor 18-crown-ether-6 were used as guest component. The results of impedance spectroscopy of experimental samples are represented. Equivalent electrical circuits were built according to obtained results. The mathematical model of current formation in experimental samples are represented. uk Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| spellingShingle |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування Григорчак, І.І. Іващишин, Ф.О. Григорчак, О.І. Матулка, Д.В. |
| title_short |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| title_full |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| title_fullStr |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| title_full_unstemmed |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| title_sort |
інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування |
| author |
Григорчак, І.І. Іващишин, Ф.О. Григорчак, О.І. Матулка, Д.В. |
| author_facet |
Григорчак, І.І. Іващишин, Ф.О. Григорчак, О.І. Матулка, Д.В. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Физическая инженерия поверхности |
| publisher |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| format |
Article |
| description |
В даній роботі показана можливість створення за допомогою інтеркаляційних технологій складних супрамолекулярних комплексів – неорганічний напівпровідник/органічний рецептор.
Об’єктами для досліджень служили шаруваті напівпровідники галій селенід та індій селенід,
які використовувалися як тіло “господаря”. В якості “гостьового” компонента використовувалися молекули органічного рецептора – 18-краун-ефір-6. Представлені результати досліджень
отриманих зразків методом імпедансної спектроскопії відповідно до яких побудовані еквівалентні електричні схеми. Побудована та розрахована математична модель, що відображає процеси струмопроходження в даних зразках.
В работе показана возможность создания с помощью интеркаляционных технологий сложных
супрамолекулярных комплексов – неорганический полупроводник/органический рецептор.
Объектами для исследований служили слоистые полупроводники селенид галлия и селенид
индия, которые использовались в качестве тела “хозяина”. В качестве “гостевого” компонента
использовались молекулы органического рецептора – 18-краун-эфир-6. Представлены результаты исследований полученных образцов методом импедансной спектроскопии, в соответствии с которыми построены эквивалентные электрические схемы. Построена и рассчитана
математическая модель, которая отражает процессы токопрохождения в данных образцах.
The possibility of formation of such supramolecular complexes as inorganic semiconductor/organic
receptor with use of intercalation technologies is presented in this work. Lamellar semiconductors
gallium selenide and indium selenide were objects of research. These compounds were used as the
body of host. Molecules of organic receptor 18-crown-ether-6 were used as guest component. The
results of impedance spectroscopy of experimental samples are represented. Equivalent electrical
circuits were built according to obtained results. The mathematical model of current formation in
experimental samples are represented.
|
| issn |
1999-8074 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98907 |
| citation_txt |
Інтеркалатні наноструктури з ієрархічною супрамолекулярною архітектурою: отримання, властивості, застосування / І.І. Григорчак, Ф.О. Іващишин, О.І. Григорчак, Д.В. Матулка // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 284–292. — Бібліогр.: 27 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT grigorčakíí ínterkalatnínanostrukturizíêrarhíčnoûsupramolekulârnoûarhítekturoûotrimannâvlastivostízastosuvannâ AT ívaŝišinfo ínterkalatnínanostrukturizíêrarhíčnoûsupramolekulârnoûarhítekturoûotrimannâvlastivostízastosuvannâ AT grigorčakoí ínterkalatnínanostrukturizíêrarhíčnoûsupramolekulârnoûarhítekturoûotrimannâvlastivostízastosuvannâ AT matulkadv ínterkalatnínanostrukturizíêrarhíčnoûsupramolekulârnoûarhítekturoûotrimannâvlastivostízastosuvannâ |
| first_indexed |
2025-11-25T06:17:46Z |
| last_indexed |
2025-11-25T06:17:46Z |
| _version_ |
1850505968860790784 |
| fulltext |
284
ВСТУП
Сьогодні принципові суперечності між фун-
кціональними можливостями традиційних
наноматеріалів і наноструктур на їхній основі
та бурхливим розвитком наноінженерії (кван-
това когерентна спінтроніка, нанофотоніка),
а також сучасними задачами автономної енер-
гетики (створення надвисокоємких наногене-
раторів і іоністорів) змусили звернути підви-
щену увагу до супрамолекулярних структур
як об’єктів з якими часто пов’язують можли-
вість реалізації унікальних фізико-хімічних
властивостей, які часто є парадоксальними.
Власне один з їх різновидностей вирізнив но-
вий принцип організації речовини – клатрат-
ний.
У всіх супрамолекулярних ансамблях ре-
цептор (“господар”) містить молекулярні цен-
три налаштовані на селективне зв’язування
певного визначеного субстрата (“гостя”) за
так званим принципом “замок-ключ”. В таких
системах одним з найважливіших є принцип
УДК: 539.2; 669.24
ІНТЕРКАЛАТНІ НАНОСТРУКТУРИ З ІЄРАРХІЧНОЮ
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ:
ОТРИМАННЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ЗАСТОСУВАННЯ
І.І. Григорчак1, Ф.О. Іващишин1, О.І. Григорчак2, Д.В. Матулка1
1Національний університет „Львівська політехніка”
Україна
2Львівський національний університет ім. Івана Франка
Україна
Надійшла до редакції 10.12.2010
В даній роботі показана можливість створення за допомогою інтеркаляційних технологій склад-
них супрамолекулярних комплексів – неорганічний напівпровідник/органічний рецептор.
Об’єктами для досліджень служили шаруваті напівпровідники галій селенід та індій селенід,
які використовувалися як тіло “господаря”. В якості “гостьового” компонента використову-
валися молекули органічного рецептора – 18-краун-ефір-6. Представлені результати досліджень
отриманих зразків методом імпедансної спектроскопії відповідно до яких побудовані еквіва-
лентні електричні схеми. Побудована та розрахована математична модель, що відображає про-
цеси струмопроходження в даних зразках.
Ключові слова: Інтеркаляція, напівпровідники InSe та GaSe, імпедансна спектроскопія, орга-
нічний рецептор 18-краун-ефір-6.
В работе показана возможность создания с помощью интеркаляционных технологий сложных
супрамолекулярных комплексов – неорганический полупроводник/органический рецептор.
Объектами для исследований служили слоистые полупроводники селенид галлия и селенид
индия, которые использовались в качестве тела “хозяина”. В качестве “гостевого” компонента
использовались молекулы органического рецептора – 18-краун-эфир-6. Представлены ре-
зультаты исследований полученных образцов методом импедансной спектроскопии, в соот-
ветствии с которыми построены эквивалентные электрические схемы. Построена и рассчитана
математическая модель, которая отражает процессы токопрохождения в данных образцах.
Ключевые слова: интеркаляция, полупроводники InSe и GaSe, импедансная спектроскопия,
органический рецептор, 18-краун-эфир-6.
The possibility of formation of such supramolecular complexes as inorganic semiconductor/organic
receptor with use of intercalation technologies is presented in this work. Lamellar semiconductors
gallium selenide and indium selenide were objects of research. These compounds were used as the
body of host. Molecules of organic receptor 18-crown-ether-6 were used as guest component. The
results of impedance spectroscopy of experimental samples are represented. Equivalent electrical
circuits were built according to obtained results. The mathematical model of current formation in
experimental samples are represented.
Keywords: intercalation, InSe and GaSe semiconductors, impedance spectroscopy, organic receptor
18-crown-6.
І.І. Григорчак, Ф.О. Іващишин, О.І. Григорчак, Д.В. Матулка, 2010
285ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
комплементарності – геометрична, топологі-
чна і зарядова відповідність “гість-господар”.
Вагомим кроком з розвинення даного на-
прямку досліджень може послужити запропо-
нована нами інтеркаляційна концепція фор-
мування супрамолекулярних ансамблів. Ви-
користовувані для цієї мети матеріали – “гос-
подарі” здатні “розпізнавати” гостьовий ком-
понент за термодинамічною комплементар-
ністю, в результаті чого модифікувати свою
структуру, формуючи відповідні гостьові сту-
пені вільності. Такий підхід не тільки підви-
щує синтетичну варіабельність супрамолеку-
лярних систем, але і відкриває можливість
формування ієрархічно-фрактальних супра-
молекулярних архітектур. Очікується, що ос-
танні зможуть здійснити революцію в наноін-
женерії, започаткувавши, насамперед, нову
область техніки – супрамолекулярну фото-
електроніку [1 – 3].
Однак успіхи, досягнуті на цьому шляху,
ще не можна вважати вражаючими. Незважа-
ючи на те, що з хімії супрамолекулярних сис-
тем присуджено 3 Нобелівських премій, фізи-
чний аспект цієї проблеми практично ще не
вивчався. Тут поки що накопичений лише не-
значний досвід і зроблені тільки перші кроки
[4 – 6]. Тому метою даної роботи і є спроба в
деякій мірі заповнити прогалину в зазначеній
галузі досліджень.
КОНЦЕПТУАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ І
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
В експериментах базовим об’єктом (мате-
ріалом-“господарем”) служили шаруваті на-
півпровідники селенід галію (GaSe) та селе-
нід індію (InSe). Вирощені методом Бріджме-
на-Стокбаргера монокристали володіли
яскраво вираженою шаруватою структурою і
р та n-типом провідності, відповідно. Шири-
на забороненої зони (за оптичними даними)
складала 2,02 еВ для першого виду монокри-
сталів та 1,22 еВ – для другого. Як добре відо-
мо [7 – 8], вони характеризуються наявністю
так званих “гостьових” позицій – орієнтова-
них перпендикулярно до кристалографічної
осі С областей дій слабких ван-дер-ваальсо-
вих сил. Впровадження в означені внутрі-
кристалічні проміжки чужорідних іонів, ато-
мів чи молекул відоме як явище інтеркаляції
[9]. Особливості кристалiчної будови цих ма-
терiалів не вимагають прецизiйної механiчної
i хiмiчної обробки поверхнi i зумовлюють
пiдвищену iнертнiсть до адсорбцiї сторонніх
атомiв чи молекул. Вiдсутнiсть обiрваних
зв’язкiв на їхніх поверхнях забезпечує дуже
малу швидкiсть поверхневої рекомбiнацiї.
Крiм того, їм властива висока фоточутливiсть
у видимiй областi спектру.
З іншого боку, сьогодні добре відомі такі
рецептори як краун-ефіри [2]. Вони віднося-
ться до найпростіших макроциклічних ліган-
дів, які містять ефірні атоми кисню, зв’язані
з органічними -СН2-СН2-групами рис. 1. Зав-
дяки хелатним і макроциклічним ефектам
здатність краун-ефірів зв’язувати метали ду-
же висока. А тому мультипошарова “неорга-
нічний господар||органічний рецептор” кон-
фігурація наноструктур може забезпечити не
тільки можливість формування нового виду
супрамолекулярних ансамблів ієрархічної
архітектури: неорганічний господар<органіч-
ний рецептор<метал>>, але і виявлення но-
вих ефектів та відкриття нових граней їх пра-
ктичного застосування.
Оскільки безпосередньо молекули органі-
чного рецептора 18-краун-ефір-6 (18-КЕ-6)
безпосередньо ні в GaSe, ні у InSe не впровад-
жується, то для формування інтеркалатних
наноструктур GaSe<18-КЕ-6> і InSe<18-КЕ-6>
була застосована наступна трьохстадійна схе-
ма “кристалоінженерії” (рис. 1). На першій
стадії у вихідну матрицю впроваджується ніт-
рит натрію методом прямого експонування в
Рис. 1. Стадії формування гібридних мультишарових
наноструктур GaSe<18-КЕ-6> та InSe< 18-КЕ-6 >.
І.І. ГРИГОРЧАК, Ф.О. ІВАЩИШИН, О.І. ГРИГОРЧАК, Д.В. МАТУЛКА
286
його розплаві напівпровідникового моно-
кристалу при температурі 300 °С впродовж 5
÷ 10 хвилин. В результаті n-cтадійного упо-
рядкування [10, 11] відстань між відповід-
ними шарами суттєво зростає.
Наступним кроком була деінтеркаляція
нітриту натрію з кристалу шляхом його екс-
трагування впродовж п’ятикратного 24-го-
динного циклу та висушування при темпера-
турі 110 °C і пониженому тиску. Деінтерка-
льовані матриці за рахунок послаблених ван-
дер-ваальсових зв’язків та модифікованих
внутрікристалічних силових полів стали при-
датними до впровадження (18-КЕ-6).
Тому на третій стадії проводили інтерка-
ляцію молекул 18-КЕ-6 в розширену криста-
лічну гратку методом прямого експонування
в ньому отриманої деінтеркальованої матриці
при кімнатній температурі впродовж 48 го-
дин. Після чого формування структури про-
водилося: за нормальних умов; при накла-
данні постійного зовнішнього електричного
поля, при накладанні освітлення та при на-
кладанні постійного зовнішнього електрич-
ного поля та освітлення одночасно.
Імпедансні виміри в напрямку кристало-
графічної осі С виконані в діапазоні частот
10–2 ÷ 105 Гц за допомогою вимірювального
комплекса “AUTOLAB” фірми “ECO CHE-
MIE” (Голандія), укомплектованого комп’ю-
терними програмами FRA-2 та GPES. Час-
тотні залежності комплексного імпедансу Z
аналізувалися графоаналітичним методом з
використанням програмного пакету ZView 2
(Scribner Associates). Похибки апроксимації
не перевищували 4%. Усім досліджуваним
“розширеним” зразкам до впровадження в
них 18-КЕ-6 була притаманною лінійна
вольтамперна характеристика в діапазоні на-
пруг –3 В ÷ +3 В.
РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
На рис. 2 наведені частотні залежності реаль-
ної складової комплексного питомого імпе-
дансу, перпендикулярного до площин шарів
(ρ(ω)) наноструктури GaSe<18-КЕ-6>. Насам-
перед видно, що впровадження у розширені
ван-дер-ваальсові області селеніду галію мо-
лекул 18-КЕ-6 викликає ріст ρ(ω), який може
сягати за нормальних умов більш як півто-
рикратного значення (крива 2) у широкій час-
тотній області 0,001 ÷ 5000 Гц. Освітлення
інтегральним світлом уздовж кристалографі-
чної осі С наноструктури GaSe<18-КЕ-6>
призводить не тільки до більш як чотирикрат-
ного зменшення її ρ(ω), але і спричиняє по-
мітну деформацію ρ(ω)в частотному інтер-
валі 0,001 ÷ 200 Гц (крива 3 на рис. 2).
Те що при освітленні суттєво зменшується
питомий опір уздовж кристалографічної осі
С наноструктури GaSe<18-КЕ-6> є очікува-
ним, так як її напівпровідниковий контент є
фоточутливим у видимій області спектру. Не-
ординарним є інший аспект – деформуюча
спектр ρ(ω) дія електромагнітного поля. З ме-
тою з’ясування її природи розглянемо, насам-
перед, загальні умови виникнення максиму-
мів і мінімумів на частотній залежності дійс-
ної компоненти комплексного імпедансу. Для
цього достатньо розглянути дві послідовно
з’єднаних R1C1 та R2L2 C2 ланки, показані на
рис. 3.
Розрахунок методом комплексних амплі-
туд дає наступний вигляд для реальної части-
ни їх імпедансу
( ) ( )
1 2
2 2 2 222
2 21 1 1 1
11
R RZ
C RL R C R
= +
+ ω− ω + ω .(1)
Ввівши позначення L2C2 ≡ a, bRC ≡2
1
2
1 , та
ω2 = x, отримаємо :
Рис. 2. Частотні залежності реальної складової ком-
плексного питомого імпедансу, перпендикулярного до
шарів наноструктури GaSe<18-КЕ-6>, виміряного в
темряві – (2) та при освітленні – (3); (1) – вихідна роз-
ширена матриця.
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
ІНТЕРКАЛАТНІ НАНОСТРУКТУРИ З ІЄРАРХІЧНОЮ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ: ОТРИМАННЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ...
288
нашого випадку у відповідності до підходу
Войта [15] міститиме послідовне з‘єднання
трьох паралельних ланок: СРЕм||Rм, СРЕр||Rр
та LСРЕмф||Rмф, які відображають процеси пе-
ренесення заряду відповідно через матеріал
матриці, органічний рецептор та міжфазну
межу між ними (рис. 5). В даній схемі елемент
сталої фази СРЕ, імпеданс якого у комплекс-
ній площині виражається як:
ZCPE = К–1(jω)–γ,
(де К – коефіцієнт пропорційності; γ – сте-
пеневий показник, що позначає фазове відхи-
лення), відображає розподіленість ємності
для кожного релаксаційного процесу.
Вищевідзначене явище “від’ємної” ємно-
сті достатньо добре відоме з літературних
джерел, хоч його механізм остаточно не з’ясо-
ваний і, мабуть, він не має єдиної природи
[16 – 20]. За найбільш загальним механізмом,
індуктивна поведінка виникає навіть тоді ко-
ли заряд вводиться в шари малих або надма-
лих розмірів, тобто, діапазону декількох нано-
метрів [21].
Перевірка адекватності побудованої моделі
пакету експериментальних даних показала
добрі результати: коефіцієнт Крамерса-Кро-
ніга не перевищував 3⋅10–5, різницеві частотні
залежності першого порядку мали повністю
випадковий характер. Знайдене значення L
складало 3,044⋅107 Гн.
Поява низькочастотного індуктивного від-
гуку після впровадження молекулярних про-
шарків з 18-КЕ-6 дає підстави для найімо-
вірнішого представлення синтезованої нано-
структури як N-бар’єрної структури з енерге-
тичним рельєфом, твірна загального виду
якого наведена на рис. 6. У ній ступінчатість
квантових ям зумовлена викривленням енер-
гетичних рівнів на міжфазних межах. В тако-
му разі за індуктивний відгук є відповідаль-
ними, як мінімум, два механізми:
− захоплення і “утримування” у квантових
ямах носіїв заряду упродовж часу, спів-
мірного з півперіодом синусоїдального
сигналу;
− зміна фази хвильової функції носіїв заря-
ду після резонансного тунелювання.
Водночас впровадження молекул 18-КЕ-6
не призводить до якихось суттєвих змін в час-
тотних залежностях тангенса кута електрич-
них втрат (tgδ(ω)) і діелектричнолї проникно-
сті (ε(ω)) вздовж кристалографічної осі С, хі-
ба що появляється локальний максимум в
tgδ(ω) в околі части 121,2 кГц (0,94) та від-
повідний мінімум в ε(121,2 кГц) =17,2.
Досягнути суттєвих змін в зазначених па-
раметрах вдалося шляхом формування про-
шарків органічного рецептора в міжшарових
просторах селеніда галію в електричному по-
лі напруженістю 17.65 В/см, прикладеному
перпендикулярно до нанопрошарків як в тем-
ряві, так і при освітленні. В цьому разі спосте-
рігається суттєве зменшення tgδ(ω) (рис. 7)
та сильний ріст tgδ(ω) (рис. 8).
Рис. 4. Діаграми Найквіста, побудовані для напрямку,
перпендикулярного до шарів наноструктури GaSe<18-
КЕ-6>, в темряві – (2) та при освітленні – (3); (1) – ви-
хідна розширена матриця.
Рис. 5. Заступна електрична схема для наноструктури
GaSe<18-КЕ-6> у відповідності до кривої 3 на рис. 4
GaSe<18-КЕ-6>.
Рис. 6. Фрагмент, що утворює енергетичний ральєф
N-бар’єрної структури GaSe<18-КЕ-6>.
ІНТЕРКАЛАТНІ НАНОСТРУКТУРИ З ІЄРАРХІЧНОЮ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ: ОТРИМАННЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
289ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
При цьому останній параметр набуває ха-
рактеру аномальної частотної дисперсії яка у
відповідності до [22] і відображає переско-
кову провідність. Зважаючи на колосальне
зростання ε(ω) при значеннях тангенса кута
втрат менших від одиниці, можемо констату-
вати, що запропоновані наноструктури, а най-
перше концептуальний підхід є перспектив-
ними для розробки радіочастотних конденса-
торів надвеликої ємності, та їх нанопрото-
типів.
Водночас формування наноструктури
GaSe<18-КЕ-6> у електричному полі і полі
світлової хвилі загалом не змінюючи харак-
теру залежності ρ(ω) все ж таки:
− сильно зменшує низькочастотні осциляції
ρ(ω) при освітленні;
− при практично адекватному рості ρ(ω) піс-
ля впровадження молекул 18-КЕ-6 у елект-
ричному полі майже в чотири рази зростає
фоточутливість (падіння ρ(ω) при освіт-
ленні порівняно з вимірюванням в темряві
складає більш як 14 разів);
− одночасне освітлення впродовж форму-
вання наноструктури в електричному полі
зменшує фоточутливість: ρтемп/ρосвіт ≈ 2,
підсилюючи високочастотну дисперсію
діаграми Найквіста, виміряної при освіт-
ленні.
Впровадження 18-КЕ-6 у еквідистантно
розширену кристалічну матрицю селеніду ін-
дія призводить до дещо меншого росту ρ(ω)
– в 1,25 рази зі збереженням частотонезалеж-
ного інтервалу аж до 104 Гц; ρтемп/ρосвіт ≈ 5. Ді-
аграми Найквіста мають дуговий характер
(рис. 9) без вираженої індуктивної поведінки.
Зміни в tgδ(ω) слабо помітні, хоч для ε(ω)
зафіксоване суттєве зростання у високочас-
тотній області (рис. 10). Цікавим є те що
εосвіт/εтемп< 1, демонструючи аномальну дис-
персію в частотному інтервалі 2⋅105 ÷ 8⋅105 Гц.
Дуже важливо з практичної точки зору, як уже
зазначалося вище, що в цьому ж інтервалі
tg(ω) < 1.
Рис. 7. Частотні залежності тангенса кута втрат вздовж
кристалографічної осі С наноструктури GaSe<18-КЕ-6>,
синтезованої у електричному полі і виміряні в темряві –
2),та при освітленні – 3), а також синтезованої у елек-
тричному полі при одночасному освітленні і виміряного
в темряві – 4) та при освітленні – 5); 1) – вихідна роз-
ширена матриця.
Рис. 8. Частотні залежності діелектричної проникності
вздовж кристалографічної осі С наноструктури
GaSe<18-КЕ-6>, синтезованої у електричному полі і
виміряної в темряві – 2) та при освітленні – 3), а також
синтезованої у електричному полі при одночасному
освітленні і виміряної в темряві – 4) та при освітленні
– 5); (1) – вихідна розширена матриця.
Рис. 9. Діаграми Найквіста, побудовані для нап-
рямку, перпендикулярного до шарів нанострук-
тури InSe<18-КЕ-6>, в темряві – 2) та при ос-
вітленні – 3); 1) – вихідна розширена матриця.
І.І. ГРИГОРЧАК, Ф.О. ІВАЩИШИН, О.І. ГРИГОРЧАК, Д.В. МАТУЛКА
290
Формування наноструктури InSe<18-КЕ-6>
у електричному та полі світлової хвилі загалом
не змінює характеру залежності ρ(ω). Проте
в першому випадку фоточутливість зростає,
а одночасне освітлення практично нівелює її.
Характер діаграм Найквіста для нанострук-
тури, отриманої в електричному полі, анало-
гічний тим, що наведені на рис. 9 (за виклю-
ченням низькочастотної вітки при освітленні
– вона переходить у індуктивний квадрант).
Як і вище, діаграми Найквіста мають дуговий
характер без вираженої індуктивної поведін-
ки. Зміни в tgδ(ω) слабопомітні, а ε(ω) зростає
у два рази при освітленні по всій дослідженій
частотній області лише для InSe<18-КЕ-6>,
отриманій у електричному полі сумісно з по-
лем світлової хвилі.
З’ясувавши основні властивості ієрар-
хічних дублетно-матричних “господарів”
GaSe<18-КЕ-6> і InSe<18-КЕ-6>, розглянемо
їх модифікацію при зв’язуванні ними іонів
калію з утворенням супрамолекулярних анса-
мблів GaSe<18-КЕ-6<К>> і InSe<18-КЕ-6<К>>.
Насамперед слід відзначити, що зв’язування
катіонів калію матрицею (GaSe<18-КЕ-6>)
практично не міняє (в межах 5%) ні низько-
частотну вітку ρ(ω) ні фоточутливість. Однак:
• зникають осциляції ρ(ω) при освітленні;
• суттєво звужується частотонезалежна віт-
ка ρ(ω), виміряна в темряві, до інтервалу
(10–3 ÷ 10 Гц)
Звідси слідує цікаве припущення, що ако-
модація калію в молекулярні пустоти дублет-
номатричної структури GaSe<18-КЕ-6> кіль-
кісно не міняє її процеси зарядового пере-
несення, але впливатиме на поляризаційну
складову струму через фононну підсистему.
Іншими словами, очікуються помітні зміни в
уявній частині комплексного імпедансу. І дій-
сно, як видно з рис. 11, маємо суттєву транс-
формацію як діаграми Найквіста в темряві,
так і індуктивної складової вітки при освіт-
ленні з одночасним зменшенням абсолютного
значення Z″. Помітним чином міняються та
інші параметри, які у значній степені зале-
жать від поляризаційних властивостей. Так
тангенс кута електричних втрат збільшується,
але не суттєво, а діелектрична проникність
зростає в 10 разів, реверсуючи напрям зміни
при освітленні (рис. 12).
Рис. 10. Частотні залежності діелектричної проникно-
сті вздовж кристалографічної осі С наноструктури
InSe<18-КЕ-6> в темряві – 2) та при освітленні – 3);
1) – вихідна розширена матриця.
Рис. 11. Частотні залежності уявної складової комп-
лексного питомого імпедансу, перпендикулярного до
шарів наноструктури GaSe<18-КЕ-6<K>>, виміряного
в темряві – 1) та при освітленні – 2).
Рис. 12. Частотні залежності діелектричної проникно-
сті вздовж кристалографічної осі С наноструктур
GaSe<18-КЕ-6> в темряві – 1) та при освітленні – 2);
та GaSe<18-КЕ-6<K>> в темряві – 3) та при освітлен-
ні – 4).
ІНТЕРКАЛАТНІ НАНОСТРУКТУРИ З ІЄРАРХІЧНОЮ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ: ОТРИМАННЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
291ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
Для ієрархічної дублетно-матричної струк-
тури InSe<18-KE-6<K>> зміни загалом є па-
радоксальними. А саме:
• при зменшенні найнизькочастотніших
значень ρ(ω) повністю зникає частото не-
залежна вітка, що не притаманне звичай-
ним уявленням [23].
• освітлення не зменшує (ω), а навпаки –
веде до його збільшення в частотному ін-
тервалі 0,1⋅105 Гц (рис. 13).
Порівнюючи діаграми Найквіста на рис. 9
і рис. 14 можемо констатувати не тільки ра-
дикальну їх трансформацію, але і такі цікаві
ефекти як переважання темнових значень Z″
над світловими та появу відносно сильного
індуктивного відгуку у низькочастотній об-
ласті.
Як і для GaSe<18-KE-6> зв’язування ка-
тіонів калію веде до реверсу впливу освітлен-
ня на діелектричну проникність від зменшен-
ня до збільшення.
ВИСНОВКИ
1. Синтезований за нормальних умов ієрар-
хічний дублетно-матричний “господар”
GaSe<18-KE-6> забезпечує появу ефекту
“від’ємної ємності” що може знайти зас-
тосування для формування нанострукту-
рованих ліній затримки, керованих оп-
тично.
2. Синтез даної структури в електричному
полі як без так і з одночасним освітленням
веде до зменшення тангенса кута елект-
ричних втрат і колосального росту діелек-
тричної проникності, значення якої сут-
тєво міняється при освітленні. В даному
разі такі структури можуть скласти основу
для розробки фотоварікапів надвисокої
ємності та їх нанопрототипів. Подібний
характер змін притаманний та ієрархіч-
но-дублетноматричному “господарю”
InSe<18-KE-6>.
3. Зв’язування наноструктурою GaSe<18-
KE-6> катіонів калію кількісно не міняє
її процеси зарядового перенесення, але
впливає на поляризаційну складову стру-
му, найімовірніше через фононну підсис-
тему. В результаті діелектрична проник-
ність зростає в 10 разів, а при освітленні
– на два порядки з однаковим реверсом
від зменшення до збільшення.
4. Зв’язування наноструктурою InSe<18-KE-
6> катіонів калію веде до парадоксальних
змін:
• при зменшенні найнизькочастотніших
значень ρ(ω)повністю зникає частото не-
залежна вітка, що не притаманне звичай-
ним уявленням [23];
• освітлення не зменшує ρ(ω), а навпаки –
веде до його збільшення в частотному
інтервалі 0,1⋅105 Гц і призводить до появи
індуктивного відгуку.
5. Дублетноматричні “господарі” GaSe<18-
КЕ-6> і InSe<18-КЕ-6> можна представи-
ти як N-бар’єрні структури з несиметрич-
ними подвійними потенціальними ямами.
Зв’язування ними катіонів калію міняє фо-
нонну підсистему і енергетичну тополо-
гію.
Рис. 13. Частотні залежності дійсної складової комп-
лексного питомого імпедансу, перпендикулярного до
шарів наноструктури InSe<18-КЕ-6<K>>, виміряного
в темряві – 1) та при освітленні – 2).
Рис. 14. Діаграми Найквіста, побудовані для напрям-
ку, перпендикулярного до шарів наноструктури
InSe<18-КЕ-6<K>>, в темряві – 1) та при освітлен-
ні – 2).
І.І. ГРИГОРЧАК, Ф.О. ІВАЩИШИН, О.І. ГРИГОРЧАК, Д.В. МАТУЛКА
292
ЛІТЕРАТУРА
5. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия. Кон-
цепции и перспективы/Пер. з англ. – Новоси-
бирск: Наука. Сиб., 1998. – С. 334.
6. Стид Дж.В., Этвуд Л. Супрамолекулярная хи-
мия/Пер. с англ. – М.: ИКЦ Академкнига,
2007. –896 с.
7. Elhabiri M., Albrecht-Gary A.-M. Supramolecu-
lar edifices and switches based on metals//Co-
ordination Chemistry Rev. – 2008. – Vol. 252. –
Р. 1079-1092.
8. Grygorchak I.I., Seredyuk B.O., Tovstyuk K.D.,
et. all. High frequency capacitor nanostructure
formation by intercalation//New Trends in Inter-
calation Compounds for Energy Storage. Paris:
Kluwer acad. publ. – 2002. – С. 543-545.
9. Voitovych S., Grygorchak I., Aksimentyeva O.
Lateral semiconductive and polymer conductive
nanolayered structures: preparation, properties
and application//Mol. Cryst. Liq. Cryst. – 2008.
– Vol. 497. – P. 55 – 64.
10. Choy Jin-Ho., Seung-Min Peak, Jae-Min Oh, et.
all. Intercalative route to heterostructured//Cur-
rent Appl. Phys. – 2002. – Vol. 2. – P. 489-495.
11. Chevy A., Kuhn A., Martin M.S. Large InSe mo-
nocrystals grown a non-stoichiometric melt//
J. Cryst. Growth. – 1977. – Vol. 38. – № 1. –
P. 118-122.
12. Lies R.M. A. III – VI Compounds//Preparation
and cryst. growth material with layered structure.
Dordrecht–Boston. – 1977. – P. 225-254.
13. McKinnon W.R., Haering R.R. Physical mecha-
nisms of intercalation//Modern Aspects of Eiect-
rochemistry. New York. – 1983. – № 15. –
P. 235-261.
14. Safran S.A. Stage ordering in intercalation com-
pounds//Solid State Physics: Adv. Res. and Appl.
– 1987. – Vol. 40. – P. 246-312.
15. Grigorchak I.I., Netyaga V.V., Kovalyuk Z.D. On
some physical properties of InSe and GaSe se-
miconducting crystals intercalated by ferroelect-
rics//Phys.: Condens. Mater. – 1997. – Vol. 9. –
P. 191-195.
16. Ollak M., Geballe H. Low frequency conduc-
tivity due to hopping processes in silicon//Phys.
Rev. – 1961. – Vol. 6. – P. 1743-1753.
17. Олехнович Н.М., Мороз И.И., Пушкарев А.В.,
та ін. Температурная импеданс-спектроско-
пия твердых растворов (1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-x-
LaMg1/2Ti1/2O3//Физика тверд. тела. – 2008. –
Т. 50, Вып. 3. – С. 472-478.
18. Михлин Ю.Л., Томашевич Е.В. Импеданс
полупроводникового электрода с прыжковой
проводимостью в приповерхностном несте-
хиометрическом слое//Электрохимия. – 1992.
– Т. 28, № 9. – С.1310-1388.
19. Стойнов З.Б., Графов Б.М., Саввова-Стойно-
ва Б.С., та ін. Электрохимический импеданс.
– М.: Наука, 1991. –336 c.
20. Bisquert J., Randriamahazaka H., Garcia-Bel-
monte G. Inductive behaviour by charge-transfer
and relaxation in solid-state electrochemistry//
Electrochimica Acta. – 2005. – Vol. 51. –
P. 627-640.
21. Болтаев А.П., Бурбаев Т.М., Курбашов В.А.,
та ін. Эффекты накопления заряда и отрица-
тельная емкость в гетероструктурах на основе
кремния//Известия АН РФ. Серия физи-
ческая. – 1999. – Т. 63, № 2. – С. 312-316.
22. Пенин Н.А. Отрицательная емкость в полу-
проводниковых структурах//Физика и техни-
ка полупроводников. – 1996. – Т. 30, Вып. 4.
– С. 630-635.
23. Болтаев А.П., Бурбаев М., Калюжная Г.А., та
ін. Отрицательная емкость в гетерострук-
турах Ni-TiO2-p-Si//Микроэлектроника. –
1995. – Т. 24, № 4. – С. 291-294.
24. Поклонский Н.А., Шпаковский С.В., Горба-
чук Н.И., та ін. Отрицательная емкость (импе-
данс индуктивного типа) кремниевых р+-n-пе-
реходов, облученных быстрыми электрона-
ми//Физ. и техн. полупроводников. – 2006. –
Т. 40, Вып. 7. – С. 824-828.
25. Mora-Sero I., Bisquert J. Implications of the
Negative Capacitance Observed at Forwars Bias
in Nanocomposite and Polycrystalline Solar
Cells//Nano Letters. – 2006. – Vol. 6, № 4. –
Р. 640-650.
26. Жуковский П.В., Партыка Я., Венгерэк П., та
ін. Диэлектрические свойства соединений
Cd1-xFexSe//Физ. и техн. полупроводн. – 2000.
– Т. 34, № 10. – С. 1174-1177.
27. Мустафаева С.Н., Асседов М.М. Прыжковая
проводимость в монокристаллах p-GaSe//Изв.
АН СССР. Неорган. материалы. – 1988. –
Т. 24, № 6. – Р. 917-920.
ІНТЕРКАЛАТНІ НАНОСТРУКТУРИ З ІЄРАРХІЧНОЮ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЮ АРХІТЕКТУРОЮ: ОТРИМАННЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4
|