Введение к работе
Актуальность темы. Изучение физических причин, приводящих к
чувствительности физико -химических свойств панокристаллических
объектов к размеру образующих их частиц, в настоящее время является
интенсивно развивающимся направлением в современной науке и имеет
как фундаментальный, так и практический аспекты. Интерес к
наноструктурным объектам с фундаментальной точки зрения
обусловлен тем, что в них можно экспериментально наблюдать
квантово-размерные эффекты. Практическая сторона таких
исследований - это освоение нанотехнологий при проектировании и производстве электронных приборов.
Для успешного исследования и применения нанокристаллических объектов необходимо иметь достоверные данные о структурных особенностях таких систем. Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) света является одним из эффективных методов исследования энергетических спектров квазичастиц в кристаллах. Использование этого метода для исследований нанокристаллов представляется актуальным направлением в оптике и физике твердого тела.
Выбор нанокристаллов с решеткой типа алмаза в качестве объектов для исследования связан с тем, что оптические и колебательные свойства крупных кристаллов с решеткой типа алмаза ( кремний , германий, алмаз) в настоящее время хорошо изучены. Это обстоятельство позволяет сконцентрировать внимание на особенностях комбинационного рассеяния света, связанных именно с размерными эффектами.
Целью данной работы является: экспериментальное и
теоретическое изучение комбинационного рассеяния света в нанокристаллах с решеткой типа алмаза.
Новизна работы:
1). Экспериментально получены и исследованы спектры комбинационного рассеяния света в трех типах ультрадисперсных порошков алмаза , полученных методом взрывного синтеза. В результате исследований спектральных данных показано, что порошки состоят из кристаллических частиц алмаза, размеры которых лежат в нанометровом (40-55 А) диапазоне.
2) С помощью численных оценок показано, что особенности ("размерные" особенности) в спектрах КР различных веществ должны
наблюдаться, когда размеры кристаллов сравнимы и меньше, чем корреляционные длины оптических фононов в соответствующих монокристаллах.
3) Построена теоретическая модель, описывающая
комбинационное рассеяние света в нанокристаллических объектах.
Получена аналитическая формула описывающая форму спектральной
линии КР в нанокристаллах.
4) В результате проведенных методических исследований
показано, что применение матричной изоляции ультрадисперсных
порошков позволяет избежать нагрева и разрушения исследуемого
вещества в пятне зондирующего лазерного луча.
-
Впервые экспериментально получены спектры двухфотонно-возбуждаемой люминесценции (ДВЛ) нанокристаллов алмаза. Спектры ДВЛ имеют отличия от известных данных для крупных образцов алмаза по положению и ширине спектральных линий
-
Исследовано влияние сдвиговых деформаций и дефектности в нанокристаллах на спектры КР. Показано, что, используя экспериментально определенные параметры спектральных линий КР и соответствующие модели, можно получать оценки величин остаточных деформаций в нанокристаллических объектах.
Научная и практическая ценность:
-
Экспериментальные и теоретические результаты предоставляют новую информацию о особенностях фотон -фононного и электрон-фононного взаимодействия в нанокристаллических объектах, которая может быть учтена при проектировании приборов на основе наноструктур.
-
Полученная в теоретической части аналитическая формула может быть использована для экспресс - оценки средних размеров нанокристаллов по данным экспериментальных спектров КР.
3)Методические приемы, используемые в данной работе при изучении оптических спектров нанокристаллов, могут быть применены и к другим подобным объектам.
Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на 2 международной конференции по фуллеренам и кластерам (Санкт-Петербург, 1995), на XXI российском съезде по спектроскопии ( Звенигород, 1995) на II российской конференции по физике полупроводников ( Зеленогорск, 1996). Кроме этого, результаты работы опубликованы в научных журналах (ЖЭТФ, ФТТ, КСФ)
Личное участие автора : Основные теоретические положения разработаны совместно с проф. B.C. Гореликом и доц. С.Н. Миковым. Основные экспериментальные результаты получены совместно с доц. С.Н. Миковым. Конкретное проведение расчетов, проведение экспериментов, анализ результатов и выводы из них получены автором самостоятельно.
Публикации: Основные результаты диссертации представлены в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения с общим объемом 105 страниц, включая 33 рисунка, 5 таблиц. Список цитированной литературы содержит 71 наименований.
