Программа курса «Современные методы диагностики в наноматериалах. Часть 2» (стр. 2 )

Тема 1. Определение электрического заряда изолированных наноразмерных металлических частиц.

Комплексное исследование геометрических и электрофизических свойств коллоидных наноразмерных частиц золота на поверхности слюды. Методика приготовления образцов с наночастицами золота на подложке слюды с использованием коллоидных растворов. Установка сканирующей зондовой микроскопии NT-MDT Solver Pro P47: основные элементы и узлы установки. Зонды для АСМ и ЭСМ измерений. Эффекты конволюции и эффекты, связанные с наличием воды на поверхности. Модель деконволюции. Интерпретация ЭСМ данных. Задачи исследования: 1) исследовать структуру поверхности образца; 2) получить распределение наночастиц по высоте; 3) определить плотность частиц на поверхности; 4) получить распределение фазового контраста, коррелированного с распределением наночастиц на поверхности образца; 5) измерить зависимость величины фазового контраста от напряжения смещения; 6) получить зависимость величины фазового контраста он полярности напряжения смещения. 7) разработать модель деконволюции и провести анализ поверхности с учетом формы кончика зонда; 8) разработать качественную и количественную модель электростатического взаимодействия колеблющегося зонда и заряженной проводящей поверхности. Методы исследования: атомно-силовая микроскопия в режиме полуконтактной моды, динамическая электросиловая микроскопия с постоянным напряжением смещения.

Тема 2. Исследование сверхрешеток CaF2-CdF2.

Изучение структурного совершенства, особенностей интерфейсов и механизмов люминесценции сверхрешеток сверхрешеток на основе фторидов кальция и кадмия, выращенных псевдоморфно на подложке Si ориентации (111). Задачи исследования: 1) определение структурных параметров сверхрешеток: период повторения, толщина всей структуры; 2) определение толщины покрывающего («cap») слоя; 3) определение средней деформации, степени релаксации, среднеквадратичной амплитуды шероховатости интерфейсов; 4) определение электронной плотности приповерхностных слоев; 5) изучение механизмов собственной люминесценции слоев CaF2 иCdF2. Методы исследования: рентгеновская дифрактометрия, рентгеновская рефлектометрия, катодолюминесценция, рентгеноспектральный микроанализ.

Тема 3. Исследование диффузии титана в керамике Al2O3.

Сапфировая керамика с различные покрытия из TiB2, ZrС, B4C, WC. Исследование керамики на основе Al2O3 до и после нанесения слоя TiB2, и термического отжига в атмосфере аргона. Метод получения. Люминесцентные свойства. Диффузия дефектов и примесей в сапфировой керамике. Задачи исследования: 1) определение изменения структуры и свойств сапфировой керамики после нанесения огнеупорного слоя с последующим отжигом; 2) определение размеров зерен керамики до и после отжига; 3) определение распределения титана в керамике и в отдельных зернах; 4) определение глубины диффузии титана в монокристалл сапфира. Методы исследования: рентгеноспектральный микроанализ, катодолюминесценция, сканирующая электронная микроскопия, рентгенодифракционный анализ.

Тема 4. Просвечивающая электронная микроскопия опаловых структур.

Опаловые структуры с различным типом заполнения матрицы: GaN, ZnS, W. Фотонные кристаллы. Фотонная запрещенная зона. Матричный метод создания нанокомпозитов фотонных кристаллов. Методика подготовки образцов для исследования методом просвечивающей электронной микроскопии: плоскопараллельная шлифовка и ионное травление. Метод просвечивающей электронной микроскопии: фазовый и дифракционный (амплитудный) контраст. Схема принципиального устройства просвечивающего электронного микроскопа Задачи исследования: 1) анализ состава заполнения опаловых структур с различным типом заполнения; 2) определение параметров исходной опаловой матрицы (структура, диаметр сфер); 3) определение состава заполнения пустот; 4) определение среднего размера кристаллитов включения и их внутренней структуры. Методы исследования: просвечивающая электронная микроскопия.

Тема 5. Исследование эпитаксиальных слоев InGaN.

Эпитаксиальные слои InGaN, выращенные методом молекулярно-пучковой эпитаксии на буферном слое GaN и подложке c-Al2O3. Область спинодального распада InGaN. Эпитаксиальные методы получения слоев InGaN: MBE с плазменной активацией, MOCVD. Широкозонные полупроводниковые нитриды третьей группы (III-N). Задачи исследования: 1) определение зависимости структурных и люминесцентных свойств InGaN от состава твердого раствора; 2) изучение однородности слоя в латеральном и ростовом направлениях. Методы исследования: рентгеновская дифракция, рентгеноспектральный микроанализ, катодолюминесценция.

Тема 6. Исследование свойств порошковых люминофоров.

Рентгеновские люминофоры на основе танталата/ниобата иттрия, легированного тербием Y(Ta1-xNbx)O4:Tb. Метод получения люминофорных порошков активированных ионами Tb3+ - метод твёрдофазной реакции из однородной смеси. Люминесцентные свойства широкозонных материалов, активированных редкоземельными ионами. Атомное строение редкоземельных ионов. Влияние кристаллического поля на спектры РЗИ. Методика подготовки образца. Изготовление эталонного образца NaCl для рентгенодифракционного анализа, напыление токопроводящей пленки. Задачи исследования: 1) исследование физических свойств люминофорных порошков на основе танталата/ниобата иттрия, легированного тербием Y(Ta1-xNbx)O4:Tb; 2) определение люминесцентных свойств материала и времени затухания люминесценции; 3) определение размера зёрен порошков; 4) определение размера кристаллитов и параметров кристаллической решётки; 5) определение состава порошков в среднем, а также состава отдельных зёрен. Методы исследования: рентгеноструктурный анализ, локальная катодолюминесценция, сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ.

3.4. Темы научно-исследовательских работ

Номер темы занятия	Наименование темы исследовательской работы	Количество часов
1	Определение электрического заряда изолированных наноразмерных металлических частиц	64
2	Исследование сверхрешеток CaF2-CdF2	64
3	Исследование диффузии титана в керамике Al2O3	64
4	Просвечивающая электронная микроскопия опаловых структур с различным типом заполнения	64
5	Исследование структурных и люминесцентных свойств слоев нитридов	64
6	Исследование свойств порошковых люминофоров на основе Y(Ta, Nb)O4:Tb3+	64

3.5. Самостоятельная работа слушателей

3.5.1 Виды самостоятельной аудиторной работы под руководством преподавателя:

• Участие в научно-исследовательской работе.

• Выполнение лабораторных работ.

• Решение тестовых заданий.

3.5.2 Виды самостоятельной аудиторной работы без участия преподавателя:

• Самостоятельное изучение научного материала и учебных пособий.

• Подготовка к исследовательско-практической работе.

• Подготовка к тестированию.

3.6. Перечень вопросов для самостоятельного изучения

1.  Установка сканирующей зондовой микроскопии NT-MDT Solver Pro P47: основные элементы и узлы установки.

2.  Методика приготовления коллоидных наноразмерных частиц золота на поверхности слюды.

3.  Методы получения фторидов кальция (CaF2) и кадмия (CdF2).

4.  Диффузия дефектов и примесей в полупроводниковой матрице.

5.  Методика приготовления образцов для исследований методом просвечивающей микроскопии.

6.  Методика создания искусственных фотонных кристаллов.

7.  Дифракционные картины Кикучи.

8.  Фазовые диаграммы InGaN, область бинодали и спинодали.

9.  Расчет критической толщины эпитаксиального слоя InGaN по модели Пипла-Бина и Мэтьюза-Блэксли.

10.  Теория групп и теория возмущения для расчета расщепление энергетического спектра центрального атома в поле легандов.

4.1. Формы контроля по курсу.

Предполагается выставление оценок по результатам промежуточного теоретического теста и выполнения научно-исследовательских работ. В конце учебной работы принимается итоговый зачет.

По окончании работ студенты готовят научный отчет, а также презентацию с результатами, полученными в течение семестра. В Центре коллективного пользования проходит защита этих работ студентами, при присутствии сотрудников Центра, преподавателей Академического университета и представителей проектных компаний. Каждой подгруппе студентов предоставляется 15 минут на презентацию своей работы. Затем следует обсуждение и ответы на дополнительные вопросы комиссии. По окончании выступлений комиссия из присутствовавших на защите преподавателей Академического университета, сотрудников Центра и представителей проектных компаний выставляет оценку каждой подгруппе учащихся.

4.2. Порядок проведения экзамена.

Экзамен устанавливается как форма аттестации по дисциплине.

Экзамен охватывает содержание изучаемой дисциплины. Срок и место проведения экзамена планируется расписанием. Экзамен принимается преподавателем - лектором.

Обучаемый допускается к сдаче экзамена, если он выполнил полностью все виды работ, предусмотренные рабочей программой.

4.3. Критерии оценки знаний, умений, навыков

Критерии оценки.

При оценивании знаний слушателей по результатам выполнения научно-исследовательской работы

Оценка «отлично» выставляется, если:

-  усвоена теоретическая часть исследования;

-  правильно сформулирована цель исследования;

-  правильно изложен алгоритм выполнения исследования;

-  исследование выполнено по утвержденной процедуре и соответствует полученному заданию;

-  выводы грамотно сформулированы, обоснованы и соответствуют полученной информации;

-  слушатель правильно и аргументировано ответил на все вопросы при защите результатов исследования.

Оценка «хорошо» выставляется, если:

-  усвоена теоретическая часть исследования;