Geum.ru

Uдля ядерного оружия. Длительное время 1943-1984 гг

Вид материалаДокументы

Содержание


Сенсорная диагностика
Физика твердого тела
G сильноразупорядоченных Si-МНОП структур от потенциала полевого электрода Vg
Теоретические исследования
Подобный материал:
1   2   3   4   5

СЕНСОРНАЯ ДИАГНОСТИКА



В Отделе исследования материалов и разработки диагностических систем (ОИМРДС) проведены исследования применения технологии изготовления тонких диэлектрических мембран (SiO2-Si3N4) на кремниевой подложке с нанесением на них толстопленочных чувствительных слоев методом трафаретной печати. Полученный сенсор обладает удовлетворительной стабильностью и потребляет мощность около 25 мВт, что на порядок меньше, чем у промышленных сенсоров.

Проводилась доработка сенсора, используемого для обнаружения пожаров на начальной стадии возгорания. Работа проводилась совместно со специалистами предприятия «Платан» (Фрязино, Московская обл.), отмечена Золотой медалью на Всемирной выставке инновационных технологий EUROTEKA-2000 (Брюссель, ноябрь 2000 г.).

Проведены также предварительные исследования чувствительности к CO сенсора, изготовленного на основе состава SnO2/Pt/Pd в режиме импульсного питания нагревателя с кратковременным нагревом до 4000С и измерением проводимости чувствительного слоя при температуре 800С. Механизм взаимодействия СО с газочувствительным слоем состоит в высокотемпературном окислении палладия и последующем низкотемпературном окислении СО на оксиде палладия. Сенсор имеет удовлетворительные электрофизические характеристики и не чувствителен к парам воды (влажности). Порог чувствительности составляет примерно 2 ppm (ПДК= 16 ppm). Проводится работа по созданию электронного прибора, использующего указанный принцип измерения концентрации СО.

Выполнены исследования чувствительности сенсоров к окиси углерода в режиме постоянного питания нагревателя с различными составами газочувствительного слоя: нелегированной SnO2 , SnO2 с добавками 1% и 2% Sb2O5 , 1% Sb2O5 + 3% La2O3 , 3% PdO и 3% PtO. Определён оптимальный диапазон рабочей температуры сенсоров, при которой чувствительность к СО максимальна с наименьшей зависимостью показаний от влажности газовой среды. Сенсоры, прокалиброванные в режиме постоянного нагрева при температуре 500 0С и влажности 40%RH, рекомендуются для регистрации концентрации СО в окружающем воздухе в диапазоне 1 ÷ 6 ПДК (1ПДК = 16 ррм) при влажности окружающего воздуха 10÷100 % RH с погрешностью не более 10 % отн.

Проведены поисковые работы по исследованию метрологических характеристик электрохимических сенсоров «Оксик» производства НТК «Кристалл» (г.Санкт-Петербург) и «Лена-сенсор» производства фирмы MST (Германия) в трехкомпонентных газовых смесях азота с водородом и кислородом с целью определения оптимального варианта при использовании их в корпусах транспортных ракет. Работа выполнена в рамках Договора с Институтом Прикладной Геофизики..

Выполненные лабораторные исследования чувствительности полупроводниковых газовых сенсоров к метану и водороду, парам этанола, окиси углерода послужили основой для подготовки опытно-промышленного производства сенсоров в ИМФ совместно с ЦНИИТочмаш. В 2000г. изготовлено более 100 опытных образцов сенсоров, которые переданы ряду предприятий и фирм, специализирующихся на разработке и изготовлении приборов газового контроля. Некоторые из них ( НИИ «Волга» - г. Саратов, Институт Медико-биологических проблем, Технический Университет им.Баумана, НПО «Дельта» - г. Москва) после испытаний сенсоров изъявили желание сотрудничать с ИМФ. Предпринимаются определённые усилия для расширения производства (порядка 300 сенсоров в месяц) с целью удовлетворения заявок заказчиков.

Проведена подготовка опытно-промышленного производства химических сенсоров метана, паров спирта, водорода, паров углеводородов и окиси углерода в воздухе. Совместно с ЦНИИТочмаш подготовлено производство мощностью примерно 600 сенсоров в месяц. В перспективе на 2001 г. планируется значительно расширить возможности производства.

В исследованиях по сенсорной диагностике механического состояния твердотельных материалов проведены модельные эксперименты по определению местоположения дефектов в металлах, возникающих при приложении механической нагрузки к образцу. Получен патент Российской Федерации “Способ определения дефектов в металлах”.

В рамках молодежного гранта РНЦ “Курчатовский институт” проводилась работа по исследованию возможности создания газового сенсора на основе алмазных плёнок. По результатам проведённых измерений электрофизических свойств плёнок рекомендован режим напыления плёнок.

ФИЗИКА ТВЕРДОГО ТЕЛА



Работа в Лаборатории физических свойств материалов (ЛФСМ) велась, главным образом, по двум направлениям: исследование физических свойств керамических образцов и пленок манганитов (в том числе – изотопнообогащенных); изотопически-чистые полупроводники. Кроме того, проводились исследования высокочастотных, магнитных и магнитоупругих свойств магнетиков.

В 2000 году проведены измерения температурных зависимостей восприимчивости и электросопротивления в образцах манганитов (La0.25Pr0.75)0.7Ca0.3MnO3 с разной степенью обогащения кислородом 18О. Результаты обсуждаются в рамках модели, учитывающей сосуществование областей ферромагнитного металла и антиферромагнитного диэлектрика (фазовое расслоение).

Методом ЯМР La в соединении (La0.25Pr0.75)0.7Ca0.3Mn18O3 получено прямое микроскопическое доказательство магнитного фазового расслоения. Особенность эффекта состоит в его управляемости внешними параметрами – магнитным полем и температурой.

Исследовано влияние изотопического замещения 16О18О на электрические и магнитные свойства эпитаксиальных тонких пленок на LaAlO3 (LAO) и SrTiO3 (STO) подложках. Сильная разница изотопического эффекта в пленках, осажденных на LaAlO3 и SrTiO3 подложках, может быть объяснена различными искажениями, вносимыми подложками.

Проведено исследование теплопроводности манганита (La0.25Pr0.75)0.7Ca0.3MnO3 , в котором изотопическое замещение кислорода 16О на 18О приводит при низких температурах к переходу ферромагнетик-антиферромагнетик. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что доминирующим механизмом теплопереноса как в диэлектрическом состоянии, так и в металлическом, является фононная теплопроводность. Рост теплопроводности в ферромагнитном состоянии связывается с уменьшением рассеяния фононов на дефектах кристаллической решетки.

Впервые обнаружено и детально исследовано влияние изотопического беспорядка на локальную кристаллическую структуру совершенных монокристаллов германия. Измерения проводились методом ЯМР по уширению линии в изотопически разупорядоченном образце и продемонстрировали чрезвычайно высокую чувствительность метода – можно было регистрировать локальные искажения решетки на уровне 10-5А.

В легкоплоскостном антиферромагнетике -Fe2O3 исследовано параметрическое возбуждение магнитоупругих волн методами параллельной и перпендикулярной СВЧ накачек в широких диапазонах частот, магнитных полей и температур и измерены пороги параметрического резонанса. Проведен анализ возможных механизмов затухания фононов.

Завершено экспериментальное исследование статических магнитных свойств смешанных ферритов-гранатов системы DyxY3-xFe5O12 (x<1) в магнитных полях с индукцией до 50 Тесла при температурах Т<50 К. В ходе этих исследований предложена и развита теоретическая модель для количественного описания кривых намагничивания DyxY3-xFe5O12 в широком диапазоне магнитных полей и температур.

Проведены также эксперименты по изучению линейной динамики магнитной системы кристаллов DyxY3-xFe5O12 в сильных магнитных полях при гелиевой и азотной температурах. Осуществлена работа по обработке и интерпретации большого массива полученных экспериментальных данных. Обнаружены мягкие моды магнитного резонанса, которые интерпретируются как проявления магнитного аналога статического и динамического эффектов Яна-Теллера.

Работы Лаборатории физики неупорядоченных систем (ЛФНС) были сосредоточены в основном на исследовании нанокомпозитных пленок. В нанокомпозитных пленках Fe/SiO2 обнаружен температурно-индуцированный переход, связанный с перестройкой перколяционного кластера и проявляющийся в резком увеличении величины холловского сопротивления (более чем на порядок величины) и спектральной плотности шума (на три порядка), изменении характера температурной зависимости проводимости, появлении в области перехода телеграфного шума, а напряжение между холловскими зондами испытывает при этом флуктуации мезоскопического типа. Показано, что природа перехода связана с квантованием энергии электронов в перетяжках перколяционного кластера, что приводит к формированию дополнительных энергетических барьеров на пути их протекания.

В нанокомпозитных пленках детально исследовано концентрационное поведение эффекта Холла. Оказалось, что холловский угол при приближении к переходу с металлической стороны меняется немонотонно, проходя через минимум.

Обнаружены и исследованы процессы долговременной релаксации магнитосопротивления нанокопозитных пленок Fe/SiO2. Установлено, что релаксация имеет логарифмический характер, обусловленный стекольной природой магнитного состояния нанокомпозитных систем.

Исследованы спектры оптического поглощения магнитных квази-2D островковых пленок Сo, а также гибридных мультислоев (Сo/SiO2), в которых островковые пленки Сo были отделены слоями SiO2. Установлено, что при маскировании пленки Со тонким слоем SiO2 поглощение заметно возрастает, достигая 0.8, что заметно превышает теоретический предел (0.5) для островковых пленок, причем в ситуации, когда содержание Со заведомо меньше критического, отвечающего перколяционному переходу.

Произведены измерения зависимости проводимости G сильноразупорядоченных Si-МНОП структур от потенциала полевого электрода Vg при различных значениях концентрации встроенного заряда и при различной температуре. Набор кривых G(Vg), снятых при различной температуре, имеет общую точку пересечения при G ~ e2/h. Отсутствие температурной зависимости проводимости, а также наличие максимума производной dG/dVg, наблюдаемые при G = e2/h, согласуются с теорией о проводимости параболического седлового потенциала (Buttiker). На основе представлений Гергеля и Суриса о наличии в подобных системах двух масштабов флуктуаций потенциала предложена структура перевальных областей флуктуационного потенциала, описывающая весь набор экспериментальных данных.

Для сильноразупорядоченных Si-МНОП структур проведены измерения магнитополевой зависимости проводимости. Измерения кривых G(Vg) при различных величинах магнитного поля G(Vg, B) проводились в сильных импульсных магнитных полях с индукцией до 35 Тл. При малой концентрации встроенного заряда на кривых G(Vg) наблюдаются типичные для 2D электронного газа осцилляции Шубникова-де-Гааза. При больших концентрациях встроенного заряда и значениях Vg, соответствующих переходу 1D-2D и выше, кривые G(Vg) демонстрируют отрицательное магнитосопротивление, которое сменяется положительным в сильном магнитном поле. Полученные слабые зависимости проводимости от температуры и магнитного поля в области квази-плато согласуются с представлениями о туннельном характере проводимости перевальной области.

В ОИМРДС проводились исследования оптических свойств, магнитосопротивления, намагниченности и электрофизических свойств нанокристаллов Fe3O4 в полимерных матрицах.

Синтезированы нанокомпозиты со смешанными полупроводниковыми наночастицами CdS и Cu2S n- и p- типа проводимости в одной полимерной пленке. При определенных условиях синтеза, диодный характер вольт-амперных характеристик и фотовольтаический эффект подтверждают образование p-n гетероперехода в подобной нанокомпозитной структуре. Работы ведутся сотрудничестве с химическим факультетом МГУ.

В сотрудничестве с Институтом вакуумной техники (РФ) и IRST (Италия) в рамках совместного гранта исследуются алмазоподобные пленки. Изготовленные многослойные структуры на основе чередующихся слоев алмазоподобных и графитоподобных пленок a-C:H на кремниевой подложке исследуются посредством оптических, электрофизических и рентгеновских измерений. Обнаружен фотодиодный эффект в инфракрасной области длин волн ~2 мкм, что согласуется с шириной зоны a-C:H. Изучается возможность применения данного эффекта для создания ИК фотодиодов.

Исследована нелинейная динамика волн зарядовой плотности в мезоскопически тонких (поперечные размеры порядка когерентной длины волны зарядовой плотности) образцов о-TaS3 при одноосных деформациях выше критической и нарушения регулярности, возникающие при ее движении. Переход в высокопроводящее состояние наблюдался в электрических полях, превосходящих в несколько раз необходимые для начала движения волн зарядовой плотности

В рамках мессбауэровских исследований соединений, перспективных в прикладном отношении, измерены спектры поли- и монокристаллических образцов сегнетоэлектриков KTiОPO4, допированных 0,1 % изотопом 57Fe в интервале температур 80300К. В слабом внешнем постоянном магнитном поле Н=200Э наблюдается эффект “стабилизации” магнитной сверхтонкой структуры. Анализ ориентационной зависимости позволяет определить преимущественное положение иона Fe3+ в 1-s позиции и параметр ромбического искажения кристаллического поля Е/D=0,22(2).

В целях поиска перспективного объекта исследования влияния высокочастотного электромагнитного и оптического излучений на мессбауэровские спектры (совместно с ФТИ РАН) построена детальная теория явления с учётом эффекта магнитной вязкости и эффекта «запаздывания». На её основе определены магнитные и структурные характеристики магнитомягких наноструктурированных сплавов системы Fe-Cu-Nb-B в зависимости от температуры, а также от амплитуды и частоты ВЧ-поля.

Продолжаются экспериментальные исследования нарушения пространственной четности и временной инвариантности в ядерных резонансных гамма-переходах (совместно с ИОЯФ). На основании результатов изучения нарушения СР- четности в 119Sn методом комбинирования мессбауэровской и комптоновской поляриметрии предложен аналогичный эксперимент на “протонном” М1 гамма-переходе 169Тm. Результатом этого эксперимента будет оценка верхней границы электрического дипольного момента протона.


ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ


В Отделе теоретических исследований (ОТИ) по направлению исследования мюонного катализа Разработан комбинированный квантово - классический метод Монте-Карло (QCMC) для расчетов каскада отрицательных мезонов в экзотических атомах, позволяющий проследить судьбы частиц в процессах каскада. Схема расчета состоит из трех основных частей: вычисления траекторий классического движения атомов в высоковозбужденных состояниях с основными квантовыми числами n>5, квантово-механическое описание при n<4 и специальная процедура сшивки решений двух упомянутых областей. Метод применен к расчету зависимости выхода -квантов от плотности при каскаде в (K–p) и (K–d) водородоподобных каонных атомах. Полученные результаты существенно отличаются от полученных ранее другими авторами и хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Разработанная схема расчетов необходима для изучения кинетики каскадных процессов в экзотических атомах, для анализа экспериментальных данных по мюонному катализу и для планирования новых экспериментов.

Завершена разработка общего метода решения задач трех тел с кулоновским взаимодействием в гиперсферических координатах, позволяющая единым образом вычислить энергии связи системы трех тел, локальные характеристики ее волновых функций, сечения низкоэнергетического рассеяния (упругого и неупругого), а также описать резонансные состояния в системе трех тел.

Рассмотрен новый класс гиперсферических гармоник, полученных в результате разделения переменных в уравнении Лапласа в гиперсферических эллиптических координатах, и развит алгоритм их построения для решения задачи трех тел в ядерной, атомной и молекулярной физике.

Детально исследовано приближённое разделение переменных в гиперсферических эллиптических координатах трёх частиц, взаимодействующих по закону Кулона. Показано, что возникающий в таком приближении дополнительный интеграл движения является обобщением вектора Рунге-Ленца и константы разделения задачи двух кулоновских центров.

Предложен новый метод разделения изотопов кальция, основанный на пороговом эффекте в зависимости дипольного момента молекулы CaF2 от квантового числа, соответствующего колебаниям с большой амплитудой. На примере ряда молекулярных систем продемонстрированы основные требования, необходимые для реализации электрооптического способа разделения изотопов. Определены потребности в изотопе 48Ca для ряда экспериментов по решению фундаментальных задач ядерной физики.

На основании неэмпирических расчетов поверхностей потенциальной энергии комплексов H2O…HHal (Hal = F, Cl) методом Хартри – Фока – Рутана построена оптимальная (по точности и простоте) модель для вычисления низкочастотного сдвига колебательной полосы произвольного мономера Y при образовании им слабосвязанного комплекса H2O…Y в атмосферных условиях.

В ходе исследований, проводимых в Лаборатории математических проблем физики (ЛМПФ) было предсказано существенное уменьшение критической скорости в протяженной цилиндрической ловушки у Бозе-Эйнштейновского конденсата, что обусловлено неоднородностью плотности. Этот механизм был использован для трактовки экспериментов в MIT (США).

Построена теория диссипативной динамики больших вихревых массивов в Бозе-конденсате. Выделены два режима диссипативной динамики, определяемые соотношением между трением вихрей о тепловое облако и трением теплового облака об анизотропию ловушки. Было показано, что в статической ловушке взаимодействие вихрей с термическими возбуждениями приводит к неэкспоненциальному распаду вихревой структуры и характерное время жизни вихря зависит от начальной плотности вихрей. Помимо этого, рассмотрены эффекты нагрева теплового облака за счет убегания вихрей. Предложен эксперимент, в котором нагрев теплового облака во время распада вихревого массива используется в качестве инструмента для неразрущающего изучения динамики вихрей.

Рассмотрен процесс Бозе-конденсации газа в ловушке, состоящего из бозонов, взаимодействующих по средством диполь-дипольных сил. Было показано, что в таком газе эффективное среднеполевое взаимодействие частиц газа, а следовательно и диаграмма устойчивости, зависят от геометрии ловушки.

Предложена качественная модель механизма изменения оптического спектра поглощения для надконденсатных частиц при Бозе-конденсации. На основе построенной модели предложено объяснение результатов эксперимента MIT (США) с атомарным водородом.

Исследованы режимы квантового вырождения одномерного газа в ловушке и диаграммы состояния. Были обнаружены три режима вырождения: Бозе-конденсатные режимы -действительный и квазиконденсатный, - а также режим газа тонков. Выявлены различия в поведении газа в конденсатном и квазиконденсатном режиме и обсуждены возможные эксперименты.

Исследованы парные столкновения атомов в Бозе-газе в сильно анизотропной ловушке. Были выделены два режима рассеяния: квазидвумерный режим и квазитрехмерный режим, в котором сечение рассеяния зависит от поперечног7о сжатия газа. Полученные результаты применены к анализу экспериментов с сильно анизотропным газом цезия.

Получены поправки высокого порядка теории возмущений к температуре сверхтекучего фазового перехода в слабо-неидеальном Ферми газе с отталкиванием между частицами. Показано, что диаграммы 2-4 порядков дают эффективное притяжение атомов. Показано, что критическая температура определяется диаграммами 2 и 3 порядков. Рассмотрены возможные экспериментальные приложения полученных результатов.

Развита аналитическая модель для больших металлических кластеров, состоящих из сотен атомов, в рамках приближения желе. Рассматривается многократная ионизация кластера в сверхсильном лазерном поле, как надбарьерная в рамках классического подхода. Выведена универсальная формула, связывающая степень ионизации кластера и интенсивности лазерного излучения.

Исследована эволюция больших кластеров при облучении сверхмощным лазерным импульсом. Рассмотрен рост электронной температуры и заряда кластерного иона в процессе взаимодействия. Показано, что перепоглощением фотонов можно пренебречь. Рассматрены оптимальные условия для эффективного поглощения лазерного излучения в большом кластере. Установлено, что такое поглощение имеет место в основном на поверхности кластера. Показано, что оптическая толщина лазерной плазмы для резонансных радиационных переходов многозарядных ионов, образующихся в кластере, относительно мала. Исследованы процессы расширения и распада.

В 2000 г. в Лаборатории теории электромагнитных и слабых процессов (ЛТЭСП) ИМФ проводились работы по следующим направлениям:

- развитие теории двойного бета - распада ядер