Дисертація присвячена: дослідженню структурних і емісійних характеристик металевих і вуглецевих нано- та пікорозмірних об'єктів в умовах надпотужних електричних полів, розробці методів аналізу таких об'єктів за допомогою польових емісійних мікроскопів, встановленню особливостей формування польових електронних і іонних зображень вістрійних об'єктів в умовах зменшення їх розмірів до субнанометрового рівня, розробці високопольового методу отримання пікорозмірних об'єктів і реалізації в нанорозмірних об'єктах вольфраму і молібдену надміцних станів, визначенню максимально досяжних рівнів міцності нано- та пікорозмірних об'єктів і вивченню їх термічної і радіаційної стійкості. В роботі розглянуті питання підвищення розрізнення польових емісійних мікроскопів шляхом зменшення об'єктів дослідження. Реалізовано високопольовий метод виготовлення гранично малих вістрійних об'єктів - моноатомних вуглецевих ланцюжків (карбінів). Розроблено аналітичну модель розрізнення польових іонних зображень об'єктів, атомного масштабу. Встановлено, що перехід до зразків субнанометрового розміру призводить до підвищення теоретичної межі розрізнення польових іонних зображень до 0.14 ± 0.02 Å. Використовуючи надвисоке розрізнення, вперше експериментально виявлено димерні вуглецеві ланцюжки і елементарні субнанотрубки, стабільність яких передбачена теоретично. Встановлено. що будова субнонотрубок істотно відрізняється від структури фуллеренових і має вигляд стопки вуглецевих пентагональних кілець з прямокутними бічними гранями. Вперше отримані динамічні зображення вуглецевих ланцюжків зі зламами в процесі стереоконформаційнних перетворень і обертальних коливань. Досліджено емісійні властивості карбінових ланцюжків в інтервалі польових електронних струмів (10-9- 10 - 5А). Встановлено лінійність їх вольт-амперних характеристик в координатах Фаулера-Нордгейма. Максимальна щільність струму в моноатомних вуглецевих ланцюжках може сягати значень 3 × 1013 А / м2. Вперше отримано польові електронні зображення кінцевого атома вуглецевої ланцюжка, у вигляді молекулярних орбіталей в різних квантових станах. Зафіксовані оборотні спонтанні переходи з одного квантового стану в інший. Показано, що такі переходи можуть бути пов'язані зі структурними поліін-кумуленовими трансформаціями вуглецевих ланцюжків, що викликані зміною гібридизації в місці кріплення ланцюжка до графену внаслідок хемосорбції атомарного водню. Шляхом навантаження поверхневими силами Максвелла досліджено механічні характеристики пікорозмірних об'єктів. Міцність моноатомних вуглецевих ланцюжків на розтягнення склала 245 ГПа при 5K, а максимальні значення міцності нанолистів графена досягали 99ГПа при 77К. Методами комп'ютерного моделювання досліджено процеси руйнування вуглецевих ланцюжків і їх стабільність у часі при високих температурах. Встановлено, що при кімнатних температурах і вище локальні значення відносної деформації зв'язків в ланцюжках можуть істотно перевищувати критичні значення деформації атомних зв'язків при 0К, не приводячи до руйнування.
На ідеальних бездефектних зразках отримано значення граничної міцності нанорозмірних вольфрамових і молібденових об'єктів, яке склало 21,9 ГПа для вольфраму і 13.5 ГПа для молібдену. Показано, що виникнення бездефектного стану у вістрійних зразках відбувається при гігапаскальному рівні навантаження и має місце ще до початку процесів руйнування. Шляхом механічного навантаження бікристальних нанозразків електричним полем визначено когезійну міцність несумірних меж зерен в вольфрамі, яка лежить в межах від 12,5 ГПа до 20,4 ГПа. Досліджено ерозію поверхні вольфраму при низькоенергетичному опроміненні гелієм. Визначено спектр поверхневих дефектів і особливості їх взаємного розташування на плоских ділянках поверхні з низькими індексами Міллера. Виявлено існування явища далекодіючої підповерхнової взаємодії власних міжвузлових атомів з адатомами радіаційного походження, яке призводить ло впорядкованного формування поверхневих ланцюжків радіаційних адатомів з відстанями, що істотно перевищують пряму міжатомну взаємодію. Методами математичного моделювання і польової іонної мікроскопії досліджено еволюцію поверхневих радіаційних дефектів при опроміненні. Виявлено процес колективного зміщення значних груп поверхневих атомів, що забезпечує радіаційно-стимульоване самолікування лінійних кластерів поверхневих ваканс, який може бути описаний в рамках делокалізованних поверхневих вакансій - воідіонів. Розроблено високопольовий метод експериментального визначення енергії утворення міжвузлових атомів на межах зерен, який дав можливість зробити висновок про зниження зерномежевої рухливості міжвузлових атомів відносно об'єму. Зроблен висновок про можливість одновимірного характеру міграції власних міжвузлових атомів в вольфрамі.
