ФИЗИКА НИЗКОРАЗМЕРНЫХ СТРУКТУР И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ

Цель исследования - разработка способов синтеза, в том числе с использованием механизмов самоорганизации, новых низкоразмерных материалов, изучение их физических (электронных, сверхпроводящих, спиновых, оптических) свойств для их перспективного использования в наноэлектронике и спинтронике. Процессы формирования структур и изучение их свойств проводились в контролируемых условиях сверхвысокого вакуума, при этом давление остаточной атмосферы в вакуумной камере составляло не более 2×10⁻⁹ Тор. Для приготовления исследуемых наноструктур использовались химически чистые вещества высокой степени очистки (не менее 99,9%). Для создания структур использовались специфические особенности поверхностных процессов, таких как адсорбция, поверхностные химические реакции, локальная десорбция, осаждение металлов и полупроводников, включая явление самоорганизации, а также процессы в зоне воздействия локальными зондами. Контроль атомной структуры и химического состояния поверхности осуществлялся современными методами анализа, такими как сканирующая зондовая микроскопия, электронная спектроскопия, атомная силовая микроскопия, высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия, дифракция частиц в условиях сверхвысокого вакуума. В результате выполнения проекта в рамках НИР были проведены следующие исследования низкоразмерных наноструктур на поверхности полупроводников: пленки BaSi₂ выращены на Si(111) методом ТФЭ, исследованы их оптические и фотоэлектрические свойства, построена зонная диаграмма двойной изотипной гетероструктуры; теоретически и экспериментально проанализировано формирование силицидов Mg под действием высокого внешнего давления. Предложены феноменологические модели формирования неравновесной границы раздела в системе металл - полупроводник. Синтезированы три новых сверхпроводника толщиной в один атомный слой на основе двумерных сплавов таллий - свинец, сформированных на поверхностях Si(111) и Ge(111), определены их сверхпроводящие свойства.С помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии обнаружено формирование волн зарядкой плотности (ВЗП) в двумерной металлической системе (Bi, Na)/Si(111)√3×√3 при температурах меньших 120 К. Обнаружено, что пленка фуллерита С₆₀ подходит в качестве покрывающего слоя для реконструкции (Tl, Au)/Si(111)√7×√7, металлическое соединение Tl-Au продолжает существовать на захороненной границе раздела и сохраняет спиновое расщепление и металлическую проводимость с эффектом слабой антилокализации в области низких температур. Изучена структурная трансформация поликристаллических пленок оксида железа в зависимости от величины парциального давления кислорода, PO₂, при реактивном осаждении железа в атмосфере кислорода на окисленную поверхность кремния, нагретую до 300⁰С. Исследована эволюция иерархической структуры быстрозакаленного аморфного сплава Fe₇₀Cr₁₅B₁₅ без добавок и микролегированного оловом. Результаты работы можно считать научно-техническим заделом по технологии формирования кремниевых наноструктур в условиях сверхвысокого вакуума. Такие системы могут быть использованы как элементы памяти, активные элементы интегральных схем и межсоединений для твердотельной наноэлектроники. Таким образом, будет расширен круг низкоразмерных материалов, потенциально перспективных для использования в спинтронике и наноэлектронике. Полученные результаты могут быть рекомендованы для применения в научных центрах, изучающих полупроводниковые наноструктуры.