Карбівська Л. І. Електронні властивості та механізми впорядкування 0D-, 2D- та 3D-наноструктур на основі металів та металооксидів

У роботі наведені результати експериментальних та теоретичних досліджень електронної, атомної будови та морфолочічних особливостей моно- і багатошарових наноструктур благородних металів, нікелю та індію на монокристалічних поверхнях Si (111) 7х7 і (110), InSe (0001) та GaSe (0001) при їх термічному нанесенні в умовах високого вакууму. Досліджено механізми формування наноструктур благородних металів, нікелю та індію на монокристалічних поверхнях Si (111)7х7 і (110), InSe (0001) та GaSe(0001) при багатостадійному термічному нанесенні. Розроблена технологія отимання самовпорядкованих гексагонально-пірамідальних (ГП) наноструктур міді та золота на монокристалічній поверхні Si (111) 7х7. Механізми формування ГП структур золота та міді визначаються особливостями поведінки електронної густини на краях моноатомної щаблини росту. Самовпорядковані ГП наноструктури золота та міді при вакуумному термічному нанесенні формуються лише на Si (111) 7x7 площині, тоді як для площини Si (110) спостерігаються лише моношарові гексагональні утворення. Симетрія поверхні монокристалічної площини Si (111) 7х7 є детермінуючою в механізмі росту ГП структур міді та золота. Механізм електронного вирощування задовільно описує формування ГП наноструктур міді та золота. Вперше отримані лусочкові моношарові структури золота. Наявність точкових дефектів в ламелях золота визначається необхідністю мінімізації енергії лусочки. Атомне впорядкування, що спостерігається в лусочках близьке до кристалографічної площини Au (111). Атомарно пласка плівка Ag не може бути отримана на напівпровідниковій поверхні монокристалу Si (111) 7х7 за допомогою термічного нанесення в умовах надвисокого вакууму при кімнатній температурі. Відбувається утворення декількашарових 2D кластерних утворень, незнвчний прогрів яких призводить до їх розтягування в атомно рівне покриття. Утворення ефекту ”ковдри” описується механізмом електронного вирощування. Встановлено слабку взаємодію моношарових покриттів Ag із підкладкою, що при незначному прогріві дозволяє очищувати монокристалічну поверхню від металу із відтворенням реконструйованої поверхні Si (111). Запропонований метод довгострокового збереження реконструйованої поверхні Si (111) 7х7 може бути використаним для захисту від руйнування. Встановлено механізм впорядкування 0D-наноструктур нікелю на монокристалічних поверхнях Si при вакуумному термічному нанесенні. Симетрія розташування кластерних утворень 3d-металів на поверхні Si (111) 7x7 повторює симетрію підкладинки. Встановлені нанотрибологічні параметри субшорсткості для поверхнево нанесених наноструктур металів. Встановлено малий вплив поверхні інтерфейсу InSe (0001) та GaSe (0001) на геометрію наноструктур металів при їх термічному нанесенні. Механізми утворення наноструктур міді і золота на ван-дер-ваальсових поверхнях монокристалів не можуть бути однозначно описані відомими механізмами росту. Вакуумне термічне нанесення Cu і Au на поверхню монокристала InSe (0001) при однакових умовах нанесення демонструє різні механізми осадження з атомарної металевої газової фази. Для міді характерний мономодальний розкид розмірів кластерів, в той час як для золота формуються моношарові ламелі. Методами високовауумної зондової мікроскопії та тунельної спектроскопії досліджена динаміка трансформації морфології поверхні та густини електронних станів АМС в умовах структурної релаксації. Спостерігаються істотні неоднорідності густин електронних станів на міжкластерних межах, що свідчить про їх складну організацію. В процесі термічної обробки аморфного сплаву, що супроводжується структурною релаксацією, відбувається більший перерозподіл атомів бору у порівнянні з атомами заліза та кремнію, що призводить до росту стабільності аморфної структури. Рівень Фермі досліджуваних сплавів знаходиться в локальному мінімумі густини електронних станів, що відповідає критерію Нагеля-Таука про утворення аморфного стану. При переході від кімнатної температури до температури 500 °C густина зайнятих електронних станів характеризується зміщенням основного піку d-зони заліза у бік рівня Фермі. Для вихідних поверхонь АМС на основі заліза характерна присутність оксиду та карбіду кремнію, бор на поверхні знаходиться у сполуці BN. Концентрація кремнію мало змінюється при переході від поверхні до об`єму зразка. В об`ємі зразка встановлена наявність незначної кількості вуглецю та кисню, що з огляду на все, визначається технологічними умовами отримання сплавів. Вперше отримано гібридні наноструктури на основі нанодисперсного гідроксоапатиту кальцію і нанодисперсного графіту. Досліджено морфологічні особливості та електронну будову комплексів. Встановлено, що модифікація композиту на основі нанодисперсного апатиту, графіту та целюлозних волокон епоксидним олігомером з затвержувачем призводить до виникнення електропровідності зразка.