Исследование физических свойств новых 2D и 3D наноструктур и материалов для практических применений

Цель: исследование физических свойств новых 2D- и 3D-наноструктур и материалов для практических применений. Материалы и структуры созданы с помощью разработанных ранее технологий изготовления трёхмерных нанооболочек, усовершенствованной технологии наноимпринт-литографии, оригинальной аддитивной технологии (3D-микронанопечати), технологий функционализированного графена, технологии 2D-печати. Исследованы свойства высококонтрастных решеток, покрытых пленкой диоксида ванадия. Показано, что фазовый переход диоксида ванадия из полупроводникового в металлическое состояние позволяет эффективно управлять поляризацией проходящего электромагнитного излучения в субтерагерцовом диапазоне. Исследовано влияние резонансов Ми и волноводных резонансов на поляризационные характеристики высококонтрастных решеточных метаповерхностей. Результаты работы могут быть полезны для создания сверхбыстрых поляризационных модуляторов СВЧ и ТГц диапазона и интеллектуальных материалов. Изучены свойства частиц фторированого графена и мультиграфена. Фторирование происходит путем обработки в водном растворе плавиковой кислоты, согласно разработанному нами оригинальному способу. В частности, показано, что скорость процесса фторирования существенно увеличивается при уменьшении размера частиц графена (более чем в 10 раз, при переходе от нескольких микрон до нескольких сотен нанометров). Перспективность таких диэлектрических слоев для практических приложений демонстрируется на примере структур c кроссбар архитектурой (структур со слоем фторографена между пересекающимися полосками из серебряных частиц). Исследованы морфология и атомная структура нанокристаллов мультиграфена в матрице фторографена. Обнаружено, что в нанокристаллах с размерами 3 - 7 нм межплоскостные расстояния для базовых плоскостей (002) плавно увеличиваются от центра к краям частиц на 1 - 2% в зависимости от условий процесса фторирования. Показаны высокие характеристики фторографена как изолирующего слоя для толщин 20 - 40 нм. Определена возможность наблюдения эффекта гигантского комбинационного рассеяния в случае нанесения слоя фторографена на напечатанный слой наночастиц серебра, используемый для создания контактов в гетероструктурах методами печатных технологий. Обнаружен устойчивый эффект биполярного резистивного переключения с отношением тока ON/OFF до 4 – 5 порядков в структурах на основе двухслойных пленок слабо фторированного графена на поливиниловом спирте. Структуры были созданы с помощью технологии 2D-печати. Основные преимущества данных структур заключаются в хорошей стабильности, их прозрачности и возможности их изготовления на гибких и твердых подложках с использованием 2D-печатных технологий. Исследованы свойства разработанных композитных пленок, состоящих из наночастиц V₂O₅ капсулированных частицами фторированного графена. Структуры на их основе демонстрируют огромные и стабильные резистивные переключения. Приведены результаты: оптимизации состава композита, толщины активного слоя структур; исследования свойств пленок фторографена с разной степенью фторирования, на гибких подложках, при растягивающих деформациях. Продемонстрирована перспективность использования пленок для гибкой электроники. Показана прекрасная работоспособность мемристивных структур фторированного графена на поливиниловом спирте при растягивающих деформациях. Представлены результаты исследования магнетотранспорта и микроволнового отклика двумерного электронного газа в знакопеременном магнитном поле. В отличие от известного эффекта затухания осцилляций Шубникова - де Гааза под действием микроволнового излучения, наблюдаемого в однородном магнитном поле, обнаружено увеличение амплитуды данных осцилляций в градиенте магнитного поля. Дано объяснение данного эффекта, основанное на изменении под действием микроволнового излучения функции распределения носителей по энергии. Опубликован обзор, обобщающий основные тенденции развития аддитивных технологий (технологий 3D-печати).