Новиков Юрий Алексеевич, доктор физ.-мат. наук
Программа курса (24 часа)
“Физика поверхности”
1. Общие вопросы физики поверхности (2 часа)
Области использования физики поверхности (физика, химия, биология, нанотехнология. материаловедение, строительство, транспорт, в быту).
Основные этапы в истории развития физики поверхности. Роль поверхности в физических и химических процессах.
Определение поверхности. Предмет физики поверхности. Типы поверхностей – внешние, внутренние, межфазные поверхности: твердое тело-вакуум, твердое тело-газ, твердое тело-жидкость, твердое тело-твердое тело. Безрельефные и рельефные поверхности. Виды внешних поверхностей (чистые, с адсорбированными атомами, с естественным окислом). Определение нанотехнологии. Поверхность в нанотехнологии.
Методы исследования поверхности (механические, физические, химические, биологические, комбинированные).
МИП: Растровая электронная микроскопия (2 часа)
Виды электронных микроскопов (просвечивающие, просвечивающие растровые, растровые).
Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ). Сходства и отличия с оптическим микроскопом. Конструкция, схемы регистрации прошедших электронов (темное поле, светлое поле). Достоинства и недостатки ПЭМ.
Просвечивающий растровый электронный микроскоп (ПРЭМ). Сходства и отличия от ПЭМ. Достоинства и недостатки ПРЭМ.
Растровый электронный микроскоп (РЭМ). Методы исследований, реализуемые на РЭМ (визуализация рельефа, рентгеновский микроанализ, дифракция электронов, метод наведенного тока, катодолюминесценция, Оже-микроскопия). Схемы реализации методов, получаемая информация, достоинства и недостатки методов.
Взаимодействие электронов зонда с твердым телом (генерация вторичных электронов и рентгеновского излучения). Области формирования сигнала.
Механизмы генерации вторичных электронов. Рассеяние электронов. Ионизационные потери. Вторичные медленные электроны. Обратно рассеянные электроны. Эффект стряхивания поверхностных электронов.
Спектр вторичных электронов. Обратно рассеянные и вторичные медленные электроны.
Применение РЭМ в нанотехнологии (визуализация рельефа наноструктур, измерение линейных размеров в нанодиапазоне).
МИП: Сканирующая зондовая микроскопия (2 часа)
Типы сканирующих зондовых микроскопов (сканирующие туннельные, атомно-силовые, сканирующие силовые, сканирующие ближнепольные оптические).
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Конструкция микроскопа. Туннельный контакт. Применение СТМ (визуализация рельефа, измерение локальной работы выхода, измерение локальных вольтамперных характеристик, локальная спектроскопия поверхностных состояний). Достоинства и недостатки СТМ.
Атомно-силовой микроскоп (АСМ). Конструкция АСМ. Кантилеверы АСМ (модели кантилеверов, параметры кантилеверов). Силы Ван-дер-Ваальса. Моды работы АСМ. Контактная мода. Бесконтактная мода. Полуконтактная мода. Достоинства и недостатки АСМ.
Сканирующая силовая микроскопия (ССМ). Электро-силовая микроскопия. Магнитно-силовая микроскопия. Достоинства и недостатки ССМ.
Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ). Конструкция ближнепольного микроскопа. Дальняя и ближняя зоны. Типы ближнепольных микроскопов. Оптическая ближнепольная микроскопия. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия гигантского комбинационного рассеяния. Достоинства и недостатки СБОМ.
МИП: Метод аннигиляции позитронов (2 часа)
Позитрон и позитроний (свойства и методы получения). Стадии экспериментов с позитронами (испускание позитронов, торможение позитронов, диффузия позитронов, взаимодействие медленных позитронов в веществе, аннигиляция позитронов, регистрация аннигиляционного излучения).
Источники позитронов (b-распад, рождение электрон-позитронных пар).
Замедление позитронов (монохроматические позитроны и позитроны с непрерывным спектром). Термолизация позитронов.
Диффузия позитронов в присутствии электрического поля.
Механизмы взаимодействия позитронов с поверхностью. Работа выхода позитронов. Конвертор и модератор позитронов (конструкция, свойства, применение).
Методы исследования с помощью позитронов (угловые распределения аннигиляционных фотонов, спектроскопия времени жизни позитронов, спектроскопия пучков медленных позитронов).
Угловые распределения аннигиляционных фотонов (УРАФ). Конструкция прибора. Физическая сущность параболической и гауссовской составляющих УРАФ. УРАФ металлов. Определение энергии Ферми.
Спектроскопия времени жизни позитронов (СВЖП). Конструкция прибора. Связь времени жизни позитронов и позитрония с радиусом нанопор. Диапазон измеряемых размеров нанопор.
Спектроскопия пучков медленных позитронов (СПМП). Конструкция прибора. Информация, получаемая с помощью метода СПМП.