lu cietvielu fizikas institūts

LU Cietvielu Fizikas Institūts

VMZP projekts Nr.2“Perspektīvie neorganiskie materiāli optoelektronikai un

mikro-elektronikai un modernās metodes struktūras pētījumos”

ATSKAITEpar 2009. gada rezultātiem

•Projekta vadītājs :Dr. hab. fiz., vad. pētn. M. Spriņģis

Galvenie izpildītāji :Dr. hab. fiz., vad. pētn. U. Rogulis

Dr. hab. fiz., vad. pētn. J. KotominsDr. fiz., vad. pētn. Ē. KlotiņšDr. fiz., vad. pētn. I. Manika

Dr. fiz., vad. pētn. A. LūsisDr. fiz., vad. pētn. V. Zauls

Dr. fiz., vad. pētn. A. KuzminsDr. ķīm., vad. pētn. D. Erts


Teorētiskie pētījumi

Mikro- un nanoprocesu un

struktūru datormodelēšana

Eksperimentālie pētījumi

Mikro- un nanostruktūru sintēze

Sintēzes procesu

optimizācija

Sintezēto nanomateriālu īpašību izpēte


Termiskas apstrādes izraisīta orientēta Si kārtiņas virsmas rekristalizācija gar mehāniska defekta līniju, kas novērota atomspēka mikroskopā (AFM). Pa kreisi - topogrāfiskais attēls parāda virsmas viendabīgumu un līdzenumu, pa labi - fāzu jutīgas detektēšanas metode

atklāj fizikālo īpašību orientētu neviendabību pievirsmas slānī.

Paraugs - ar CVD metodi iegūta 150nm bieza Si kārtiņa uz safīra pamatnes.

Nanostrukturētu kārtiņu morfoloģijas un struktūras pētījumi ar AFM, SEM, XRD metodēm (Dr. V. Zauls)


ELEKTRISKĀS POLARIZĀCIJAS PROCESI SEGNETOELEKTRIĶOS UN TO PLĀNĀS KĀRTIŅĀS

ĀRĒJU FAKTORU (mainīga elektriskā lauka, temperatūras) IEDARBĪBĀ. (Dr.Ē. Klotiņš)

Materiāla atomārā un elektroniskā struktūra

Efektīvie (fononu) hamiltoniāni

Klasiskā statistika

Izskaidro pielietojumos svarīgas īpašības: domēnu rašanos un pārslēgšanos T

un E lauka ietekmē, apraksta polarizācijas

kvantu bedres.

Klasiskās statistikas

konceptuālābāze nav adekvāta

modernajiem elektroniskiem

materiāliem

Lokalizētu ierosinājumu teorija

Neklasiskā statistika

Pielietojums:sonogrāfija, okeāna akustika


Modelētas adsorbāta struktūru nelīdzsvarafāžu pārejas uz metālisko katalizatoru virsmām. Izveidotās modeļu sistēmas ir svarīgas starpvirsmu īpašību un reakciju spēju izpratnei Li baterijās, keramiskās membrānās, degvielu šūnās.Kodoldegviela: izskaidrota ātrā urāna mononitrīda oksidācija atmosfērā, parādot skābekļa molekulas disociāciju uz urāna mononitrīda virsmas.

Kvantu ķīmiskās metodes un nitrīdu un oksīdu virsmas procesu kinētiskie pētījumi (Dr.J.Kotomins)

a) b) c)

Ar kinētisko Monte Karlo modelēšanu iegūta eksperimentāli paredzētā (2x1) SiO strīpveida fāzes veidošanās silānaSiH4 sadalīšanās reakcijā uz oksidētas Pd(111) virsmas.Pielietojums: katalītiskās sensoru tehnoloģijas.


Stikla šķiedras virsmas fizikālķīmisko īpašību modificēšanas tehnoloģiju izstrādeNanostrukturēšana atsārmojot stikla virsmu (Dr.A.Lūsis)

Ultraskaņas ietekme: mainās radušos poru struktūra, palielinās svara zudumi, samazinās ūdens absorbcija. Uz poru virsmām veidojas silanola grupas, kas imobilizē skābes katalizatorus.Elektriski vadoši pārklājumi uz nanostrukturētas šķiedras auduma nodrošina elektroda un elektrokatalizatora funkcijas. Pielietojums: porainu stiklu izmantošana membrānās un katalizatoros. Izstrādāto Nipārklājuma iegūšanas procesu uz atsārmota stikla šķiedras auduma ar līdzstrāvas magnetrona izputināšanas metodi Ar plazmā var izmantot industrijāelektrokatalizatoru izgatavošanai.

250 300 350 400 450 500 550 600

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

I, A

U, V

1

2

3

4

56

I

II

1 - 100% O2

2 - 20% O2 + 80% Ar3 - 10% O2 + 90% Ar 4 - 5% O2 + 95% Ar 5 - 3% O2 + 97% Ar6 - 100% Ar

I - Ni oxideII - Ni metal

Current-Voltage curves I(U) versus O2/Ar mixture DC magnetron sputtering of Ni turget

Ni pārklājums uz stiklaNi pārklājuma uz atsārmotas stikla šķiedras voltampēru raksturlīkne


Ar mehanoaktivētas oksidēšanas metodi (MAOM) iegūtu ZnOpārklājumu adhēzijas, Junga moduļa, trausluma un cietības izpēte, izmantojot nanoindentēšanas metodi.

Rezultāti.

Ekonomiskas metodes nanostruktūrēto funkcionālo ZnO pārklājumu iegūšanai un to mikromehānisko īpašību izpēte. (Dr. F. Muktepāvela)

1. ZnO MAOM pārklājumiem noteikti cietība un Junga modulis: 9 un 125 GPa attiecīgi.

2. Atšķirībā no pārklājumiem, kas iegūti rūpnieciskas RF magnetrona uzputināšanas ceļā, MAOM pārklājumiem indentēšanasprocesā nebija novērojami trauslums un atslāņošanās līdz pat P=20N.

3. Augstā adhēzija ZnO /stikls sistēmā izskaidrojama ar skābekļa un defektu lomu cietfāžu reakcijas zonas veidošanā uz kontakta robežas.

4. ZnO MAOM pārklājumiem ir labs mehānisko īpašību komplekss un to optiskās īpašības atbilst augstas kvalitātes caurspīdīgiem ZnOpārklājumiem.

5. Darbā parādīta iespēja izmantot iegūtos pārklājumus UV detektoros.

ZnO RF- pārklājuma trauslums un atslāņošanās, P=0.2N

23456789

10

0 50 100 150 200

Indentora iespiešanās dziļums h, nm

Nan

ocie

tība

H, G

Pa

20

40

60

80

100

120

140

Jung

a m

odul

is E

,G

Pa

ZnO MAOM - pārklājums

H

E

Fotoelektriskās īpašības

ar gaismu

bez gaismas


Tranzistoru veidošana nanovadu matricās (Dr. D. Erts)

Aizvara noplūdes raksturojumi

SiO2 slānis 20 nm R = 109÷1011 Ω

100 nm R = 1010÷1012 ΩIzolators (20÷100nm)Cr (10nm)Au (40nm)

Aizvara veidošana ar elektronu litogrāfiju


Tranzistoru veidošana nanovadu matricās (Dr. D. Erts)

Tranzistoru raksturošana ar vadošo ASM

Iekārta in situ mērījumiem SEM

Vadāmība

Tranzistoru raksturošana in situ ar nanomanipulatoru (notiek)

Pielietojums: nanoizmēruelektroniskās ierīces.


Nanooksīdu Ramana spektroskopijas un rentgenabsorbcijas pētījumi (Dr. A.Kuzmins)

Volframātu ZnWO4, CaWO4 un ReO3 atomārā struktūra

Ab initio kvantu ķīmijas un molekulāras dinamikas metodes tika izmantotas, lai interpretētu

atomāro, elektronisko un svārstību struktūru un īpašības.

Pielietojums: scintilējošieekrāni, elektrohromās ierīces,

atmiņas elementi


Nanostrukturētu fluorīdu sintēze un dauzfotonu ierosmes enerģijas relaksācijas mehānismi tajos (Dr. M.Spriņģis)

Ar infrasarkano starojumu ierosinātā luminiscence ar Er aktivētā NaLaF4 kristalītos.Pielietojums: gaismas avoti un transformētāji, marķieri biomedicīnā.

Ar Er aktivētā NaLaF4 kristaliskāmateriāla “up-conversion”luminiscence, ierosināta ar 980 nmlāzera gaismu.

300 350 400 450 500 550 600 650 7000

500

1000

1500

2000

980nm/4=245nm 980nm/3=327nm

4P3/2->4I15/2

4G9/2

->4I15/2

2G9/2->4I15/2

2H9/2->4I15/2

4F5/2->4I15/2

4F7/2

->4I15/2

4H11/2->4I15/2

4S3/2->4I15/2

UC luminescence spectrum excited at 980 nm CW

Inte

nsity

, a.u

.

Wavelength, nm

4F9/2->4I15/2

980nm/2=490nm

2 photon absorption3 photon absorption4 photon absorption


2009. gada laikā projekta ietvaros iegūtie rezultāti apkopoti14 publikācijās zinātniskos žurnālos,

37 referātos, kas aprobēti 16 konferencēs, tai skaitā14 starptautiskās konferencēs,

6 raksti pieņemti publicēšanai, aizstāvēti: 1 bakalaura darbs,

1 maģistra darbs

Projekta izpildē kopumā piedalījās 49 darbinieki, to skaitā22 zinātņu doktori,7 doktoranti,11 studenti.

the end

lu cietvielu fizikas institūts

Documents