Физические свойства новых 2D и 3D наноструктур и материалов для практических применений

Целью работы является разработка технологий получения и исследование физических свойств новых 2D и 3D материалов и наноструктур для практических применений. Материалы и наноструктуры создавались с помощью развиваемых нами технологий синтеза нанокристаллов и пленок разных материалов методом химического осаждения прекурсоров из газовой фазы, атомно-слоевого осаждения, создание композита графена, выращивания гетероструктур на слоях графена, использование графеновых слоев, созданных с помощью технологии 2D печати, для ряда химических и биологических сенсоров. Особый интерес вызывали такие свойства как гибкость формируемых структур при растягивающих деформациях, возникающих при изгибе. В разделе 1 демонстрируются результаты по формированию и исследованию киральных метаматериалов СВЧ диапазона, состоящих из двух слоёв одновитковых проводящих ленточных спиралей. Разработанная уникальная конструкция реализована с помощью 3D-печати и теневого напыления металла. Продемонстрирован поворот плоскости поляризации на частоте 36,7 ГГц до 20 градусов. Используя когерентное излучение новосибирского лазера на свободных электронах для возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов, получены изображения графеновых покрытий на поверхности подложки из антимонида индия. Создание и исследование цилиндрических наномембран на основе напряжённых тонких плёнок GaAs/AlGaAs/InGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, с квантовой ямой GaAs показало высокую магнитную чувствительность структур. Ожидается, что такие системы интересны с прикладной точки зрения для создания высокочувствительных квазилинейных магнитных сенсоров. В разделе 2 приводятся результаты развития технология формирования резистивных переключателей на основе VO2. Показано, что пленки VO2 демонстрирует 108 циклов переключений на подложке Al2O3/Si, 109 циклов на подложке SiO2/Si и более 1010 циклов стабильных переключений на подложке BN/Si. Формирование мезоструктур на SiO2/Si привело к уменьшению порогового напряжения переключений (важно для энергоэффективных резистивных переключателей). Предложен способ формирования одиночных нанокристаллов VO2 и их массивов из сплошных аморфных плёнок VOx с помощью сканирующей зондовой литографии и их последующего отжига. Показано, что число стабильных переключений в нанокристаллах VO2 составляет более 1010, что говорит об их высокой стабильности и перспективности в качестве долговечных резистивных переключателей. В разделе 3 излагается оригинальный подход изготовления подвешенных металлических нанополосок – наномостиков. Были изготовлены массивы Au наномостиков (шириной 100нм, толщиной от 25 нм и длиной от 1 мкм) закрепленные в слое резиста SU-8. Предложенный метод может быть реализован как на твердотельных, так и на полимерных подложках и перспективен для изготовления НЭМС. Раздел 4 демонстрирует возможности использования CVD графена, как подложки для роста гетероструктур Bi2Se3/G, что приводит не только к более высокой подвижности носителей заряда и проводимости слоя Bi2Se3 (как было показано ранее), но и к улучшению механических свойств пленки Bi2Se3, или точнее гетероструктур Bi2Se3/G. Было получено, что сопротивления слоев Bi2Se3 практически не меняется при растяжении до 3.3%. Исследовано влияние АСМ-зонда на поверхность свежесколотых монокристаллов CdWO4 (010) и ZnWO4 (010), двумерные плёнки которых перспективны в качестве изолирующих слоёв для вертикальных гетероструктур ван-дер-Ваальса. В результате взаимодействия АСМ-зонда с поверхностью скола была изучена эволюция и реконструкция поверхности во времени. В разделе 5 представлены результаты изучения структуры подвешенных многослойных пленок графена при облучении ионами высоких энергий. Показано, что при воздействии ионами наиболее высоких энергий (Xe, 167 МэВ) возможно образование наноалмазов. Под действием электронного луча микроскопа возможен переход наноалмазов в нанолуковицы или вертикально ориентированные УНТ. В разделе 6 приводятся результаты разработки гибких носимых сенсоров из композита на основе графена. Сенсоры, напечатанные из композита графен : PEDOT:PSS на бумаге и нетканом полотне спанлейсе, имеют высокую чувствительность при использовании их в качестве неинвазивных сенсоров глюкозы. Показана возможность использования сенсоров на бумаге для датчиков влажности, касания и дыхания, а также для анализа паров химических растворов.