Квантово-химическая симуляция флуоресцентных наноалмазных частиц Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

А. Yu. Igumenov, G. А. Аlexandrova, Е. P. Berezitskaya Siberian State Aerospace University named after academician М. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

А. А. Chernyatina, R. А. Ermolaev JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

THE RESEARCH BY ATOMIC-FORCE-MICROSCOPY MICROTOPOGRAPHY OF DEFECTED FIELDS OF SURFACE OF MULTIFUNCTIONAL COVERS FOR SPACE DEVICES, WHICH ARE CREATING DURING OF CONSERVATION

The work is devoted to investigation of radio-transparent thermo-balance cover surface on different stage of destruction, which appears during a long conservation. The data of cover's surface structures in nanometer range were obtained, the comparison of different regions was realized, the character of surface micro relief evolution appearing during the conservation was determined.

© Игуменов А. Ю., Александрова Г. А, Березицкая Е. П., Чернятина А. А., Ермолаев Р. А., 2010

УДК 621.921

А. Коваленко

Чешский технический университет, Чешская Республика, Прага И. Кратохвилова, Ф. Фендрих Институт физики, Чешская Республика, Прага

С. Залиш

Институт физической химии имени Я. Гейровского, Чешская Республика, Прага

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКАЯ СИМУЛЯЦИЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ НАНОАЛМАЗНЫХ ЧАСТИЦ

Изучаются свойства флуоресцентных наноалмазных частиц посредством их моделирования при помощи программного пакета Gaussian 09. Особое внимание уделено зависимости флуоресценции от химии поверхности наноалмазов.

В последние годы в науке все больше внимания привлекает к себе алмаз в различных его видах. На-нокристаллические и ультрананокристаллические алмазные частицы помимо свойств кристаллических алмазов обладают особенными характеристиками, которые определяют широчайшие возможности их применения. Уникальные электрические, оптические и механические свойства делают наноалмазы исключительно перспективным материалом в самых различных областях. На основе наноалмазов разрабатываются МЭМС-устройства, биосенсоры, различные полупроводниковые приборы и т. д.

Благодаря нанометровым размерам кристаллитов наноалмазы обладают колоссальной величиной удельной поверхности. В силу особенностей технологии производства и очистки, структура наноалмазов отличается от структуры алмазных монокристаллов: поверхность нанокристаллов содержит атомы углерода, отдельные связи которых не скомпенсированы, что приводит к ультравысокой поверхностной активности наноалмазов. В связи с этим свойством наноалмазы обладают уникальной сорбционной емкостью и могут быть с успехом использованы не только в области технологий и производства, но также в качестве эффективной системы доставки лекарств и генной терапии.

Одним из уникальных физических свойств нано-алмазов, а также характеристикой кристаллических алмазов, является собственная фотолюминесценция, происходящая от структурных дефектов и примесей.

Особое значение для науки предствляют так называемые NV-центры окраски, состоящие из атома азота и близлежащей вакансии. Подобные дефекты имеют как нейтральный (NV0), так и отрицательный (NV-) заряды. Оба центра фотостабильны и имеют различные длины волн флюоресценции, которые могут быть легко идентифицированы на индивидуальном уровне. Это свойство позволяет расценивать наноалмаз как основу для дальнейшего развития более точных методов биомаркировки. Также флуоресцентные наноал-мазы рассматриваются как перспективный материал для создания квантовых вычислительных устройств.

Основной целью данной работы является глубокое изучение механизмов флюоресценции наноалмазов, а также свойств и параметров, влияющих на характеристики испускаемого излучения. В качестве метода исследования был использован програмный пакет Gaussian 09 с использованием теории функционала плотности. Были проанализированы модели кластеров наноалмазов, содержащие от 35 до 120 атомов углерода, с различными модификациями поверхности, включая водород, а также различные соединения кислорода, азота и водорода. В результате этих расчетов получены данные об изменениях геометрии кристаллической решетки основного и возбужденного состояния, плотности электронных состояний на отдельных атомах, электронные переходы. Полученные данные определяют изменения энергии поглощения и, соответственно, люминесценции наноалмазных частиц.

Решетневские чтения

A. Kovalenko Czech Technical University, Czech Republic, Prague

I. Kratochvilova, F. Fendrykh Institute of Physics, Czech Republic, Prague

S. Zälish

J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, Czech Republic, Prague

QUANTUM CHEMICAL CALCULATIONS OF THE FLUORESCENT NANODIAMOND PARTICLES

The research, based on the modeling of the fluorescent nanodiamond particles using "Gaussian 09" program package is considered. Particular attention is paid to the dependence of fluorescence on the surface chemistry of nanodia-monds.

© Коваленко А., Кратохвилова И., Залиш С., Фендрих Ф., 2010

УДК 537.632,535-4,535.016,53.082.5

Н. Н. Косырев, Д. А. Шевцов, С. Н. Варнаков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

А. Е. Худяков, А. В. Ефремов Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

С. В. Рыхлицкий, В. А. Швец Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук Россия, Новосибирск

СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР МАГНИТОЭЛЛИПСОМЕТРИЧЕСКИМИ

МЕТОДАМИ IN SITU*

Описана сверхвысоковакуумная камера, позволяющая изготовлять наноструктуры на основе тонких магнитных пленок. В качестве метода контроля параметров растущей структуры предложена новая методика - спектральная магнитоэллипсометрия, позволяющая получать информацию о структурных, оптических и магнитных свойствах непосредственно в процессе изготовления в реальном времени.

На современном этапе развития нанотехнологий и материаловедения стоит задача создания совершенных по структуре полупроводниковых материалов, что обусловлено высокой чувствительностью электронных свойств материала к дефектам и неоднород-ностям структуры [1]. Это связанно с тенденциями развития твердотельной микроэлектроники, направленными на повышение степени интеграции и переходом к использованию квантово-размерных явлений и двумерных кристаллов [2]. Оптимальными возможностями для получения низкоразмерных систем с квантовыми эффектами обладает технология молеку-лярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Метод МЛЭ дает возможность конструирования принципиально новых материалов, не существующих в природе и обладающих уникальными свойствами с перспективами их применения в аэрокосмической отрасли.

В настоящее время довольно остро стоит вопрос анализа и контроля структуры и свойств поверхностей тонких пленок ввиду их перспективного применения в устройствах наноэлектроники и спинтроники. Однако измерение параметров пленок нанометровых толщин имеет свою специфику. В частности, при получении наноструктур в условиях сверхвысокого вакуума встает проблема контроля их свойств in situ, непосредственно в процессе изготовления, - поскольку исследование таких структур ex situ, на воздухе, зачастую невозможно в связи с высокой химической активностью многих материалов, используемых в данной области. Здесь большое преимущество имеют оптические методы, так как они не оказывают влияния на исследуемый образец и имеют определенную гибкость при использовании in situ, т. е. непосредственно в сверхвысоковакуумной камере.

*Работа выполнена в рамках программы № 4.1 ОФН РАН «Спинтроника», программы Президиума РАН № 27.10, интеграционного проекта СО РАН и ДВО РАН № 22, федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (код проекта: НК-744П/ГК П1185).