Графеновые стенки
Существует несколько способов получения графена, один из них — осаждение из среды, содержащей углерод (CH4, C2H2, H2, Ar), на плоскую кремниевую подложку. Естественно, что листики графена получаются плоские, как подложка, и располагаются они параллельно ей. А что будет, если на подложке есть неровности в виде каких-то микрочастиц? Например, это могут быть микрочастицы Ni/Al на подложке из окисленного кремния. Оказывается, что в этом случае часть углерода образует кольцевые графеновые структуры, в которых сами графеновые листики располагаются не параллельно подложке, а перпендикулярно ей, рядом с частицами и на них. Такая структура имеет необычные параметры: в ней своеобразно проявляется эффект Холла, что позволяет создавать высокочувствительные магнитные сенсоры нового поколения, магниторезистивную память и устройства спинтроники. Основным методом создания графеновых стенок считается использование плазмы. Но при этом структуры получаются с большим количеством дефектов, из-за чего в них по сравнению с графеновыми плёнками существенно, на два порядка, уменьшается подвижность электронов, что нежелательно.
Вертикальная графеновая многослойная структура (просвечивающая электронная микроскопия). Изображение из реферируемой статьи.
Исследователи из Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН (Черноголовка) подобрали технологию выращивания таких структур, не требующую применения плазмы. Выращивание проводили в ацетиленовой среде (C2H2), с использованием Fe-катализатора, нанесённого в виде плёнки толщиной 1 нм на окисленную кремниевую подложку, покрытую слоем Al толщиной 10 нм. Отжигом на воздухе при температуре 700°C формировалась островковая плёнка катализатора. Углеродные структуры создавались нагревом образца с островковой плёнкой Fe/Al до температуры 850—900°С в течение нескольких секунд после кратковременной подачи ацетилена в кварцевую камеру. Авторы обнаружили сильную зависимость сопротивления полученных структур от освещения плёнок в видимой и ультрафиолетовой части спектра, которой нет у классического графена.
Матвеев В. Н. и др. Гетероструктуры, образованные графеновой плёнкой и графеновыми стенками. Письма в ЖТФ, 2026, вып. 15, с. 11.
Ферромагнитные нанопроволоки как нагреватель
Один из способов уничтожения опухоли — нагрев органа, поражённого ею. У опухолевых клеток чувствительность к нагреву выше, чем у здоровых, при нагреве они гибнут либо становятся более восприимчивы к облучению и химиотерапии. Нагреть орган — сложная задача, в том числе потому, что в организме происходит теплообмен, который, естественно, препятствует избирательному повышению температуры. Есть несколько способов избирательного нагрева, в частности, можно ввести в орган совместимые с ним ферромагнитные проводящие частицы и поместить соответст-вующую часть организма (или его весь) в переменное магнитное поле. Токи Фуко, возникающие в этих частицах, и потери на перемагничивание приводят к выделению тепла. (Именно из-за этого греются, например, трансформаторы.) Эффект сложным образом зависит от проводимости и магнитных свойств материала частиц, их формы, напряжённости и частоты магнитного поля. Он будет сильнее, если частицы имеют вытянутую форму или образуют цепочки, то есть представляют собой «нанопроволоки».
Специалисты из Университета науки и технологий МИСИС, Национального исследовательского центра «Курчатовский институт», Российского государственного университета нефти и газа, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) исследовали тепловыделение в полимерной матрице, содержащей нанопроволоки из железа c примесью 8% кобальта. В качестве полимерной матрицы использовались мембраны с каналами диаметром 65 и 100 нм и плотностью каналов 4,5•109 и 1,2•109 см−2 соответственно, в которых гальванически осаждались нанопроволоки длиной 1—5 мкм. Амплитуда магнитного поля равнялась 250 Э, максимальная частота — 390 кГц. В эксперименте начальная скорость нагрева составляла 2—4°C/с. При различных условиях теплообмена установившееся значение температуры достигало 10—27°C за 12—15 с.
Комарова С. О. и др. Получение массивов железо-кобальтовых нанопроволок и изучение их нагрева в переменном магнитном поле. ЖТФ, 2026, вып. 9, с. 1718.
Нейтронное зеркало с прослойкой
Эффективность исследований с помощью современных источников нейтронов зависит от качества используемой тонкоплёночной оптики. Для создания интерференционных зеркал применяют многослойные структуры никель-титан. Они востребованы и в рентгеновской оптике. Однако коэффициент отражения многослойных зеркал Ni/Ti оказывается ниже теоретического из-за несовершенства границ раздела между слоями. Их уширение происходит из-за взаимной диффузии атомов, которая приводит к образованию слоёв интерметаллидов (в основном Ni3Ti), а также по причине образования шероховатости при кристаллизации напылённых слоёв. Естественно, есть методы борьбы с этими эффектами: ионное полирование, реактивное магнетронное распыление, использование аморфизирующих легирующих добавок. Например, совместное магнетронное распыление никеля и углерода (формирование системы NiC/Ti) подавляет кристаллизацию Ni и Ti и уменьшает шероховатость. Однако при этом углерод скапливается на границах слоёв и проникает в титан, образуя карбиды. Более контролируемым подходом является внедрение ультратонких барьерных слоёв, например, B4C, Cr, C.
Физики из НИЦ «Курчатовский институт», Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Института физики микроструктур РАН (Афонино) и Объединённого института ядерных исследований (Дубна) рассмотрели введение в многослойную систему Ni/Ti (период 10 нм) ультратонких (0,4 нм) барьерных слоёв Si и показали, что такая мера может уменьшить толщину переходных слоёв до 0,5—0,6 нм, а шероховатость — с 0,204 до 0,167 нм. Соответственно, коэффициент отражения рентгеновского излучения увеличивается, например, с 60 до 65,7% на длине волны 0,154 нм, а коэффициент отражения нейтронов — с 67 до 69,2%.
Савченков С. П. и др. Влияние Si-прослойки на отражательную способность нейтронных периодических зеркал Ni/Ti. ЖТФ, 2026, вып. 9, с. 1870.
