Физика наносистемНИР

Nanosystem physica

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
9 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Проведено исследование зависимости критического тока YBCO пленок от толщины сверхпроводящего слоя. Предложен метод подавления эффекта деградации плотности критического тока, заключающийся в создании многослойных ВТСП пленок. С использованием метода рентгеноструктурного анализа продемонстрирована возможность эпитаксиального роста ВТСП слоев и интерслоев в структурах типа YBCO – интерслой. Удалось достичь заметного увеличения токонесущей способности в четырехслойных структурах с использованием ВТСП слоев толщиной 250 nm и промежуточного буферного слоя STO. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния конструкции барьерных слоев на двумерный электронный газ в гетероструктурах для транзисторов с высокой подвижностью электронов. Была разработана технология невжигаемых низкоомных омических контактов с сопротивлением менее 0,2 Ω×мм. На структурах с барьерным слоем толщиной 13 нм с использованием невжигаемых низкоомных омических контактов были созданы транзисторы с усилением сигнала по мощности на уровне 6-8 дБ на частоте 90 ГГц. Полученное значение граничной частоты усиления по току для такого транзистора составило 70 ГГц, а граничной частоты усиления по мощности – 138 ГГц. Проведён докинг тимидина и азидотимидина в молекулу тимидинфосфорилазы. Методом молекулярного докинга впервые получена структура тимиднфосфорилазы из E.Coli в комплексе с тимидином. Методом молекулярной динамики промоделировано во временном интервале 10нс конформационные изменения в молекуле тимидинфосфорилазы при связывании субстрата тимидина и ингибитора азидотимидина. Обнаружено, что связывание лигандов сопровождается движением петли, закрывающей активный центр. Показано, что при связывании тимидина при температурах 300К и 310К подвижная петля закрывает активный центр, что соответсвует закрытой конформации фермнта. Методом виртуального скрининга отобраны пять соединений - возможных ингибиторов тимидинфосфорилазы, в том числе витамин B12. Была подтверждена эффективность использования нейронных сетей при решении многопараметрической некорректной нелинейной обратной задачи высокой размерности на примере обратной задачи электроразведки. Были исследованы эффекты группового и поэтапного определения параметров, а также эффект их совместного использования, с подтверждением полученных результатов на модельной задаче. Проведено детальное теоретическое исследование явления генерации гармоник высокого порядка в ансамбле атомов, взаимодействующих с высокоинтенсивными фемтосекундными лазерными импульсами. Результаты теоретических исследований демонстрируют насыщение частоты отсечки в околоатомных лазерных полях. Результаты компьютерного моделирования показали, что максимальный номер гармоники в случае одиночного атома больше, чем в случае протяженного ансамбля атомов. Это различие обусловлено дисперсионными эффектами, которые играют решающую роль в генерации гармоник пространственно распределенным ансамблем ионизированных атомов. Дисперсионные свойства среды могут значительно изменять спектры атомного ансамбля по сравнению со спектрами одиночных атомов. В результате чего, амплитуды высших гармоник могут быть значительно подавлеными. Самый простой способ избежать этой модификации является снижение плотности плазменного облака. В этом заключается новая возможность увеличения частоты отсечки. Исследована зависимость эффективности генерации гармоник от временной задержки между импульсами в двух режимах взаимодействия: пертурбативном и непертурбативном. Показано, что в пертурбативном режиме взаимодействия эффективность генерации гармоник зависит периодически от указанного параметра, при увеличении интенсивности лазерного поля периодическая зависимость вырождается. Модернизированы алгоритмы обработки данных рентгеновского рассеяния от полидисперсных систем нанометрового разрешения, разработан прототип программы анализа, исследованы ренгеногомогенные материалы на основе структурированного бериллия. Была разработана методика, позволяющая получать устойчивые к агрегации пористые сферические частицы карбоната кальция, обладающие развитой поверхностью с контролируемым размером в диапазоне от 350 нм до 5 мкм и диаметром пор 20-80 нм. Показано, что ватерит является доминирующей фазой (90-95%) во всех образцах. Такие частицы обладают хорошей адсорбционной способностью к широкому ряду различных соединений, что делает их перспективными частицами-носителями для фармакологических веществ. Исследована структура частиц, полученных в присутствии различных органических добавок, предложен способ формирования частиц ватерита и показано, что он одинаков как для микронных, так и для субмикронных частиц. На основе синтезированных частиц CaCO3 были сформированы полимерные многослойные капсулы, размер которых соответствовал размеру частиц (минимальный размер 350 нм). Для создания оболочек капсул были использованы как синтетические, так и натуральные полимеры, а также их различные комбинации.
10 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Физика наносистем
Результаты этапа: С помощью метода виртуального скрининга найдены новые ингибиторы PPAT Mt. Методом молекулярной динамики проведено уточнения ориентации новых ингибиторов в активном центре PPAT Mt. На основе полученных данных определены основные аминокислотные остатки, ответственные за связывания лигандов с белком. Полученные данные будут использованы для дальнейшего исследования, а также помогут в поиске и других новых ингибиторов PPAT Mt — потенциальных противотуберкулезных лекарственных препаратов. Выявлены принципиальные различия спектров «Фотодитазина» в водном растворе и «Фотодитазина», адсорбированного на поверхности частиц карбоната кальция. Спектральные характеристики частиц карбоната кальция с «Фотодитазином» меняются незначительно при длительном (до 5 месяцев) выдерживании системы в водной среде. Краситель «Фотодитазин» на поверхности частиц карбоната кальция образует молекулярные агрегаты, благодаря чему система остается устойчивой и сохраняет свои свойства в течение длительного времени. С использованием ультразвуковой кавитации получены контейнеры на основе природных полисахаридов - хитозана и кcантановой камеди. Методом конфокальной микроскопии показано, что размер контейнеров составляет от сотен нанометров до нескольких микрон (в основном от 2 до 10 мкм), они сферические, находятся в неагрегированном состоянии, закапсулированный гидрофобный краситель равномерно распределен в объеме жидкого липофильного ядра. Повышение устойчивости полисахаридных контейнеров достигнуто с помощью модификации оболочки слоем поликатиона полиаллиламина: полисахаридные контейнеры имеют ζ-потенциал –11,6 мВ, контейнеры с дополнительным слоем PAH: +51,4 мВ. Впервые осуществлено модифицирование полисахаридных контейнеров плазмонно-резонансными наночастицами золота методом адсорбции и восстановления на их поверхности, а также магнитными наночастицами оксида железа. Восстановленные наночастицы золота практически монодисперсны (средний размер 9 нм), высокоустойчивы (ζ-потенциал –35,0 мВ). Микроконтейнеры, дополнительно модифицированные магнитными наночастицами, проявляют высокую чувствительность к действию внешнего магнитного поля. При сравнении спектров комбинационного рассеяния не модифицированных полисахаридных капсул со спектрами капсул с наночастицами золота наблюдается как увеличение общей интенсивности рассеяния, так и усиление сигнала рассеяния света. Следовательно, модифицированные контейнеры перспективны для использования в качестве сенсорных систем Методом двухкристальной дифрактометрии изучена дефектная структура ряда кристаллических элементов. Методом трехкристальной дифрактометрии изучено диффузное рассеяние кристалла кремния в диапазоне от 25˚С до 700˚С. Проведено исследование потенциальных материалов для ультразвуковой рентгеновской оптики. Определена резонансная частота кристалла-преобразователя LGT (150.3кГц), небольшие отклонения от которой вызывают значительное изменение распределения деформаций. Распределение деформации по кристаллу-преобразователю для изначально деформированной кристаллической пластины значительно отличается от распределения деформации в кристалле, структура которого близка к идеальной. Исследованы кристаллы-преобразователи LGT и составные резонаторы SiO2+Si. при различных амплитудах внешнего переменного электрического поля. Определены диапазоны допустимых нагрузок. Исследованы изгибные кристаллические элементы в качестве управляемой рентгеновской оптики. Определено: (1) Широкий диапазон перестройки (до 70 угл.сек). (2) Линейная зависимость углового сдвига КДО от амплитуды электрического сигнала. (3) Для эффективной фокусировки рентгеновского пучка с помощью изгибных кристаллов требуется приложение высоких напряжений (от 1,25 МВ/м). (4) Данные элементы чрезвычайно важны и перспективны для дальнейшего проектирования на их основе адаптивных рентгенооптических элементов. Изучены упругие свойства пленок стеарата свинца на поверхности жидкости при различных температурах, на основании которых были определены оптимальные параметры проведения эксперимента. Методом рентгеновской рефлектометрии для приготовленных образцов получены профили распределение электронной плотности по толщине пленок, на основании которых были определены параметры периодической структуры, значения шероховатостей границ раздела. В результате было определено, что влияние температуры изменяет начальное состояние монослоя на поверхности жидкости, что влияет на общие границы пленки, но периодическая структура системы при этом сохраняется. Впервые получены качественные электронограммы от тонкопленочных нанокристаллических образцов LaF3. Электронограммы зафиксированы на изображающих пластинах, снятых с кратными экспозициями, и оцифрованы. Получены распределения интенсивностей в зависимости от угла дифракции. С помощью комплекса структурных программ Astra впервые получена предварительная модель электронной структуры нанокристаллов LaF3. Проведены численные расчеты влияния геометрических размеров среды, взаимодействующей с двухчастотным лазерным полем, параметров поля на частотно-угловой спектр генерируемого ТГц излучения, а также на его состояние поляризации. Проведены первые численные расчеты по исследованию состояния поляризации генерируемых в процессе взаимодействия одиночного атома с последовательностью лазерных импульсов гармоник высокого порядка.
11 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Были проведены работы в области формирования полиэлектролитных микрокапсул, включения в состав их оболочек гематина и изучения спектральных особенностей такой системы. Показано, что методика последовательной электростатической адсорбции “layer-by-layer” приводит к эффективному включению гематина в состав оболочек полиэлектролитных микрокапсул, о чем свидетельствуют результаты измерения дзета-потенциала поверхности, спектры поглощения и флуоресценции оболочек капсул, а также наблюдение в конфокальном микроскопе. Изменение положений пиков в спектрах поглощения и флуоресценции красителя в составе полиэлектролитных микрокапсул обусловлено перераспределением электронной плотности в такой системе и возможной агрегацией самих капсул, однако наиболее интенсивные полосы спектра поглощения практически совпадают с полосами спектра чистого гематина. Созданные капсулы могут быть потенциально использованы как в качестве носителей агентов фотодинамической терапии рака, так и в качестве каталитической системы клеточных процессов. Были проведены исследования транспортных свойств тонкопленочных материалов, перспективных для создания нового типа мемристоров, а именно: а) нанокомпозитов (Co41Fe39B20)x(AlOy)100-x и (Co84Nb14Ta2)х(AlOy)100-х на основе нестехиометрического оксида AlOy с содержанием аморфного ферромагнитного металла вблизи ПМИ (56>x>30 at.%); б) ферромагнитных материалов на основе нестехиометрических сплавов Si1-xMnx (x~0.5). Изучены проводимость и аномальный эффект Холла (АЭХ) пленочных нанокомпозитов (Co40Fe40B20)х(AlOy)100-х и (Co84Nb14Ta2)х(AlOy)100-х на основе нестехиометрического оксида AlOy с содержанием аморфного ферромагнитного металла вблизи перехода металл-изолятор (57>x>47 at.%). Установлено, что при содержаниях металла 57>x>49 at.% проводимость данных нанокомпозитов хорошо описываются логарифмическим законом , причем параметр b практически не зависит от х. Данная зависимость объясняется особенностями кулоновского взаимодействия в металл-диэлектрических композитах в переходной области концентраций от металлической проводимости к диэлектрическому режиму. Показано, что параметр b определяется характерным размером ячейки перколяционного кластера D, который вблизи перколяционного перехода трудно извлечь из электронно-микроскопических исследований. В обоих типах нанокомпозитов найденные значения D оказались равными 8 нм, что согласуется с оценкой размера гранул (2 - 7 нм) в этих системах из электронно-микроскопических исследований. Впервые в условиях логарифмической зависимости проводимости изучено температурное поведение аномального эффекта Холла. Установлено, что в непосредственной близости от перехода металл-диэлектрик параметрическая зависимость сопротивления аномального эффекта Холла от продольного сопротивления является степенной с показателем степени m  0.4, что объясняется подавлением “intrinsic” механизма АЭХ в условиях сильного рассеяния носителей заряда. Выполнены сравнительные исследования магнитотранспортных свойств нестехиометрических Si1-xMnx сплавов, обладающих приблизительно одинаковым (х/x7%) избытком Mn по сравнению с составом силицидов Mn4Si7 и MnSi. Пленки Si1-xMnx (х0.39 и ≈0.535) толщиной 60–70 нм получены методом импульсного лазерного осаждения на Al2O3 (0001) подложках при температуре 340°С. Установлено, что избыток Mn наиболее сильно сказывается на температуре Кюри в случае силицида MnSi, увеличивая ТС с 30К до температур, превышающих 300К. В случае Mn4Si7 подобный эффект не наблюдается, что объясняется сильным беспорядком немагнитной природы в образце Si1-xMnx с x ≈ 0.39 и связанным с ним необычным поведением отрицательного магнетосопротивления (ОМС); ОМС линейно изменяется с полем при В ≤ 1.3 Тл и практически не зависит от температуры в диапазоне T = 40-85 К. С использованием языка программирования LabView разработана автоматизированная система сбора и обработки данных эксперимента на базе современного прецизионного мультиметра Keithley 2010 и цифро-аналогового преобразователя Advantech PCI-1723-AE (8 каналов, 16 разрядов). Выполнена отладка программы и апробирован блок для исследований вольт-амперных характеристик при комнатной температуре с использованием имитатора вставки. В программе предусмотрена адаптация под другие виды электрофизических экспериментов, в частности, для исследований температурных и полевых зависимостей эффекта Холла. Полученные результаты имеют важное значение для разработки материалов и структур, перспективных для создания нового типа мемристоров на базе магнитных нанокомпозитов типа (Co41Fe39B20)x(AlOy)100-x и (Co84Nb14Ta2)х(AlOy)100-х, а также нестехиометрических сплавов Si1-xMnx (x~0.5), легко интегрируемых в существующую микроэлектронную технологию и потому интересных для практических применений. Проведены исследования в области развития методов управления эффективностью генерации заданных гармоник (групп гармоник) при вариации временной задержки между импульсами двухчастотного лазерного поля, а также исследование влияния параметров протяженной газовой среды на интегральные и спектральные зависимости генерируемого излучения. С использованием непертурбативного подхода были исследованы особенности генерации гармоник высокого порядка в двухчастотных лазерных полях. Была разработана модельная структура уровней атома ксенона и аргона, которые позволили получить зависимости эффективности генерации гармоник при вариации временной задержки между импульсами двухчастотного поля. Зависимости для одиночного атома демонстрируют осцилляторный характер, при котором наблюдается смещение пиков интенсивности в зависимости от номера гармоники. С использованием этих зависимостей была разработана модель протяженной газовой среды, которая позволила исследовать зависимости пространственного распределения и эффективности гармоник от давления газа. Было показано, что вид пространственного распределения зависит от давления газа. Кроме того, было показано, что эффективность генерации выделенных гармоник протяженной газовой средой демонстрирует пиковое распределение. Также, было показано, что величина начальной фазовой задержки между импульсами существенно влияет на эффективность генерации выделенных гармоник, оптимизируя этот параметр, можно увеличить эффективность генерации гармоник на несколько порядков без изменения остальных параметров лазерного поля и среды. Проведены работы по освоению новых методов кристаллизации белков с поиском оптимальных условий кристаллизации фактора ингибирующего миграцию макрофагов (МИФ) и его комплексов с ингибиторами для последующего рентгеноструктурного анализа и получения трехмерной структуры с околоатомным разрешением. Для этого были выращены кристаллы цитокина МИФ с ингибиторами высокого дифракционного качества. Показано, что для выращивания белка МИФ лучше всего подходит раствор содержащий сульфат аммония ((NH4)2SO4) в качестве осадителя, буфер хепес натриевая соль (4 C8H17N2O4S Na) рН 7.5 и 2-Propanol (3%) или ПЭГ-400 (2%) в качестве добавок. Была подобрана оптимальная концентрация сульфата аммония (2.1М), позволяющая получать крупные одиночные кристаллы в капле. Использование в качестве добавок 2-Propanol или ПЭГ-400 приводит к образованию различных кристаллических форм МИФ. Присутствие в растворе 2-пропанола приводит к росту орторомбической кристаллизационной формы, а ПЭГ-400 – тригональной. Была проведена кристаллизация МИФ с ингибиторами: флуоресцеинизотиоцианатом и фенилизотиоцианатом. Комплекс с флуоресцеинизотиоцианатом кристаллизовался в орторомбической кристаллической форме, но с другими параметрами элементарной ячейки. Подобранные условия кристаллизации комплекса с фенилизотиоцианатом были адаптированы к методу встречной диффузии через гелевую фазу, используемому для кристаллизации белков в условиях микрогравитации на МКС. В процессе исследования был также приготовлен ряд криорастворов с различными концентрациями криопротектора. Наилучший результат был достигнут с использованием L-Пролина (2М) и глицерина (11-15%). Проведены исследования по созданию полимерных контейнеров и их модификации магнитными наночастицами. Полученные системы были исследованы комплексом физико-химических методов. В результате проведенных исследований были получены контейнеры, на основе двух типов ядер: CaCO3 микрочастиц и масляных капель. Средний размер контейнеров составил 4 мкм и 2,5 мкм соответственно. Поскольку диаметр сосудов сети кровотока человека в основном составляет от 10 мкм, можно сделать вывод о потенциальной пригодности таких контейнеров для перемещения с током крови. Полученные контейнеры были успешно модифицированы магнитными наночастицами за счет электростатической адсорбции, в результате чего они приобрели чувствительность к воздействию внешнего магнитного поля. Высокую коллоидную устойчивость показали магнитные контейнеры на основе масляных капель, вместе с тем, магнитные контейнеры на основе микрочастиц СаСО3 имеют высокую склонность к агрегированию. Показано, что использование метода химической конденсации позволяет получить наночастицы с размерами 10-20 нм, которые дополнительно стабилизируются цитрат-ионами. С использованием метода разложения ацетилацетоната железа в мицеллах могут быть получены монодисперсные наночастицы с диаметром 4 нм.
12 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Были проведены исследования влияния внешнего электрического поля на картину рентгеновской дифракции в кристаллах лантан-галлиевого силиката, лантан-галлиевого танталата, тетрабората лития. Проведены работы по разработке расчетно-методической базы для моделирования картины рентгеновской дифракции, соответствующей измеренным, в реальных экспериментальных схемах с учетом их особенностей для кристаллов, в том числе подверженных влиянию внешнего электрического поля. Разрабатываемый комплекс вычислительных алгоритмов должен быть предназначен для моделирования картины дифракции, соответствующей реальному эксперименту и обработки экспериментальных данных. Разработаны универсальные алгоритмы расчета, позволяющие моделировать картину рентгеновской дифракции для различных типов источников излучения и широкого набора оптических элементов. Алгоритмы реализованы в виде web- интерфейса, позволяющего широкому кругу исследователей проводить моделирование дифракционной картины для экспериментальных схем, собираемых из оптических элементов по модульному принципу. Продемонстрирована перспективность создания ансамблей наночасиц золота на пластинах лейкосапфира с упорядоченным террасо-ступенчатым рельефом поверхности в качестве подложек. Спектральные свойства наночастиц золота связаны с явлением резонанса локализованных поверхностных плазмонов. Положение, величина и форма спектров экстинкции металлических наночастиц зависят от формы и размера наночастиц. За счет параметров террасо-ступенчатых структр, толщине напыляемого слоя золота и последующего отжига, можно варьировать размеры и форму металлической наночастицы, добиваясь того, что максимум сечения экстинкции попадет в нужный нам спектральный диапазон. На основе чего можно полагать, что полученные в ходе исследования структуры могут служить прообразом функциональных устройств нелинейной оптики. Проведен анализ структуры оболочечного белка вируса картофеля А методом малоуглового рентгеновского рассеяния. Впервые были получены структурные параметры и формы образцов белка оболочки вируса типа А картофеля АВК (БО АВК) при рН 10,5 в различных условиях: БО АВК в чистом виде, БО АВК с добавлением декстрансульфатов с молекулярной массой 15 и 100кДа, БО АВК с добавлением детергент додецил-сульфат натрия (концентрация 0,15%). Показано, что у чистого БО АВК форма представляет собой агрегированный объект, размером 37±, содержащий в себе порядка 30 индивидуальных молекул, форма БО АВК после добавления декстрансульфатов практически не изменилась, она также представляет собой агрегат диаметром около 30нм, содержащий по 28-35 индивидуальных молекул. В случае использования реактива детергент додецил-сульфат натрия (ДСН) исследование проводилось как для БО вируса АВК, так и для белков бычьего и человеческого альбумина (БСА и ЧСА). Было обнаружено воздействие ДСН на белковые молекулы с образованием «жемчужных бус», т.е. 12 кластеров диаметром ~3нм, соединенных между собой. При этом максимальный размер всего объекта составил 16,2 нм. В случае БСА И ЧСА воздействие аналогично, однако для получения схожего с БО АВК эффекта требуется более высокая концентрация ДСН (1%). Была показана существенно большая лабильность БО АВК по сравнению с БСА, что объясняется его необычными свойствами и частичной неструктурированностью. Проведены исследования по изучению влияние каталитичности нанопокрытий на тепловые потоки. Для этого был отработан способ нанесения различных нанопокрытий на медный чувствительный элемент калориметра проточного типа, который позволяет проводить сравнительные измерения тепловых потоков без покрытия и после его нанесения в одном эксперименте в ВЧ-плазмотроне. Этот способ опробован на покрытиях из оксидов кремния, циркония, ванадия, титана и нитрида бора в потоках диссоциированного воздуха и азота. В воздушной плазме нанесение покрытий приводило к снижению тепловых потоков. Наибольшее снижение тепловых потоков (~ 2 раза) было зафиксировано на покрытиях с нитридом бора. В азотной плазме впервые в экспериментах обнаружено увеличение тепловых потоков после нанесения покрытий. Анализ нанесенных покрытий на медных подложках с помощью сканирующей электронной микроскопии показал, что покрытия имеют наноразмерную структуру. Разработанный метод экспериментальных исследований может быть использован для поиска низкокаталитических наноматериалов при создании высокостойких перспективных теплозащитных покрытий гиперзвуковых летательных аппаратов, а результаты измерений - при создании теории катализа. Проведены экспериментальные и теоретические исследования диcлокационного контраста с применением метода рентгеновской топо- томографии. Для этого произведена модернизация ранее созданного рентгеновского лабораторного дифрактометра для топо- томографических исследований. При этом автоматизирован поворот гониометрической головки, обеспечивающий вращение исследуемого образца вокруг нормали к отражающей поверхности, и подобраны условия, обеспечивающие минимальный собственный шум двумерного рентгеновского детектора. Впервые на лабораторном приборе удалось зарегистрировать как пучок из близко лежащих восьми дислокаций, так и единичную дислокацию, расположенную поблизости. С учетом проведенных лабораторных и синхротронных исследований подтверждена возможность образования пучка близко лежащих дислокаций при введении их методом четырех-опорного изгиба. При этом расстояние между отдельными дислокациями не превышает 10 мкм.Методом рентгеновской топо-томографии на лабораторном дифрактометре получен набор из 180 проекционных топограмм от пластинки кремния (111) с пространственным разрешением 10 мкм, на которых отчетливо наблюдается гексагональная полупетля. Проведена процедура трехмерного восстановления отражающей способности этой пластинки. Проведенные оценки показывают, что глубина залегания пучка полигональных дислокаций не превышает 150 мкм. Протяженность каждой дислокации составляет ~700 мкм, длина среднего участка в направлении [ ]~ 350 мкм. Анализ пятен на полученной с помощью синхротронного источника лаэуграммы исследуемой пластинки кремния подтвердил факт присутствия единичной дислокации. Оказалось, что один из ее бокового участка имеет пять точек перегиба, а центральный участок имеет винтовую составляющую. На основе численного решения уравнений Такаги-Топена проведено компьютерное моделирование отдельных прямолинейных участков дислокационной полупетли. Показано, что при заданном профиле деформации теоретическая ширина контраста не превышает 6 мкм. Проведенный сравнительный анализ теоретических и экспериментальных изображений исследуемых дефектов показывает хорошее совпадение полученных результатов. Проведено исследование влияния условий кристаллизации на структуру и свойства высокопористых материалов, полученных сублимационной сушкой. Отработана методика получения хитозановых губок методом лиофильной сушки. Отработана новая турбидиметрическая методика определения температуры кристаллизации растворов хитозана. Определено влияние параметров растворителя и полимера на температуру кристаллизации раствора. Показано, что варьирование скорости охлаждения раствора перед лиофилизацией приводит к изменению структуры и размера пор хитозановой губки. При более высокой скорости охлаждения диаметр пор уменьшается. Изменение состава растворителя с ухудшением стабильности раствора позволяет получать материалы с более развитой поверхностью. Показано, что молекулярная масса хитозана не оказывает значительного влияния на структуру высокопористых материалов на его основе. Проведены исследования полиэлектролитных капсул с нафталоцианином в оболочке. Для этого получены полиэлектролитные микрокапсулы с включёнными в оболочку красителем тетра-5,14,23,32-фенил-2,3-нафталоцианина ванадила двумя способами: в ядро и оболочку капсулы, оптимизирован способ включения нафталоцианина в оболочку капсул, исследовано воздействие лазерного излучения на капсулы с нафталоцианина в оболочке. Показано, что включение в оболочку полиэлектролитных капсул данных красителей обеспечивает возможность разрушения капсул под действием лазерного излучения. Предложен механизм разрушения капсул за счет переноса энергии фотовозбуждения от молекул красителя к полимерной матрице. Проведены исследования в области создания квантовых ям на основе соединений монооксида европия и монооксида стронция. Для этого методом молекулярно-пучкой эпитаксии на подложке из YSZ были выращены гетероструктуры с прямоугольной квантовой ямой в слое монооксида европия, ограниченного с двух сторон слоями монооксида стронция. Удалось достичь превосходного качества этих структур: монокристалличность, стехиометрия, отсутствие дефектов и посторонних примесей, атомно-гладкие поверхности раздела между слоями. Об этом свидетельствуют результаты проведенных исследований: рентгеновского дифракционного анализа, электронной микроскопии и магнитометрических измерений, а также снимки дифракции быстрых электронов непосредственно в процессе роста в вакуумной камере. Были определены температуры ячеек, подложки, величи́ны потоков веществ, при которых достигается наилучшее качество образца. Показано, что ширина квантовой ямы в полученных структурах соответствует толщине слоя EuO и в выращенных образцах составляла около 150 Ȧ. Глубина определяется разностями в ширине запрещенных зон EuO и SrO. Её значение равняется ΔE ≈ 2 эВ. Исследован полиморфизм и структура перспективных кристаллических неодимсодержащих оксимолибдатов. Методом рентгеноструктурного анализа с использование лабораторных и синхротронных источников излучения изучено строение моноклинной и тетрагональной фаз монокристаллов Nd2MoO6. Выявлено нарушение трансляционной периодичности в распределении тяжелых атомов структур и статистическая разупорядоченность атомов кислорода. Подтвержден вывод о том, что полиморфные превращения в оксимолибдатах протекают с крайне малой скоростью инепрерывно в широком интервале температур.
13 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Полиэлектролитные микрокапсулы были рассмотрены и изучены как системы с контролируемым выходом инкапсулированного БАВ с помощью их разрушения под действием извне неспецифического фермента - проназы. Также было предложено регулировать выход БАВ путем изменения концентрации фермента (варьируя его содержание, можно обеспечить выход БАВ в течение нескольких секунд, минут или часов). Отдельное внимание было уделено биосовместимым, биодеградируемым и простым в получении и широко используемым в качестве контейнеров для БАВ частицам карбоната кальция. В результате измерения ζ-потенциала было показано, что пористые сферические частицы карбоната кальция обладают низкой коллоидной устойчивостью, следовательно, они склонны к агрегированию. Также была экспериментально подтверждена стабильность полученных в результате модификации частиц CaCO3 полиэлектролитных микрокапсул. Благодаря пористой структуре микросферолитов CaCO3 их можно использовать в качестве матрицы для включения ДНК и получения полиэлектролитных микрокапсул в физиологических условиях, что важно для сохранения активности ДНК. При использовании соосаждения эффективность включения ДНК в частицы CaCO3 составила 90% от исходного количества вещества в растворе. Подобраны способные к биодеградании полиэлектролиты (поли-L-аргинин и сульфат декстрана) для формирования оболочки на поверхности микросферолитов CaCO3 и на их основе методом послойной адсорбции получены микрокапсулы с инкапсулированной ДНК. Методом СЭМ показано, что капсулы из поли-L-аргинина и сульфата декстрана сохраняют сферическую форму после растворения ядра. Полученные капсулы показали высокую коллоидную устойчивость в отличие от микрочастиц CaCO3 без оболочки, которые имеют высокую склонность к агрегированию. Размер капсул составил 3,5-6,3 мкм, ζ – потенциал – -54,6 мВ. Показано, что биодеструкция капсул состава (PArg /DS)3 может происходить под действием проназы – фермента, катализирующего гидролиз пептидных связей одного из компонентов оболочки исследуемых объектов. Исследован процесс высвобождения ДНК из микрокапсул (PArg/DS)3 под действием проназы. Показано, что время выхода ДНК можно регулировать путем изменения концентрации фермента. Показано, что методика последовательной электростатической адсорбции приводит к эффективному включению частиц магнетита в состав оболочек полиэлектролитных микрокапсул, о чем свидетельствуют результаты проведенных исследований. Установлено, что модификация полиэлектролитных оболочек капсул магнитными наночастицами не влияет на процесс их термического сжатия. Уплотнение стенок капсул в результате термоиндуцированного сжатия позволяет в модифицированные магнитными наночастицами капсулы инкапсулировать краситель с большей эффективностью. Таким образом включение в капсулы магнитных наночастиц и красителя открывает дополнительные возможности в направленном транспорте лекарственных веществ. На синтезированных ядрах CaCO3 сформированы два типа полиэлектролитных капсул с разной структурой оболочек, включающих магнитные наночастицы: (PArg/DS/PArg/нчм/DS/PArg/DS) и (PArg/DS/PArg/DS/ PArg/нчм/Parg). Произведено термическое сжатие полученных капсул при 90°C в течение 60 минут. В результате термоиндуцированного сжатия размер капсул уменьшился с 5 мкм до 2 мкм, что сопоставимо с результатами, полученными для капсул без наночастиц. Произведено включение красителя родамина 6Ж в капсулы. Методом конфокальной флуоресцентной лазерной сканирующей микроскопии показано, что краситель локализован преимущественно в оболочке капсулы. Исследования с помощью сканирующей электронной, просвечивающей электронной и просвечивающей растровой микроскопии подтвердили сохранение стабильности наночастиц магнетита в составе оболочки микрокапсул после термического сжатия. Показано, что присутствие магнитных наночастиц в составе оболочки капсул не влияет на их термическое сжатие. Спектрофотометрически рассчитана эффективность включения красителя в капсулы. Уплотнение стенок капсул в результате термоиндуцированного сжатия позволило инкапсулировать краситель родамин 6Ж с несколько большей эффективностью: процент включения соединения в интактные капсулы составил 80±5%, в термосжатые – 91±5%. Впервые было показано, что восстановление ионов серебра в растворах хитозана определяется концентрацией концевых групп полисахарида. Также показано, что скорость восстановления наночастиц серебра обратно пропорциональна молекулярной массе хитозана. Это может указывать на то, что в восстановлении ионов серебра макромолекулами хитозана участвуют концевые группы полисахарида, концентрация которых растет с уменьшением молекулярной массы полимера. Определено, что в растворах образуются наночастицы серебра сферической формы порядка 2 — 10 нм. Так же образуются агрегаты порядка 25 — 200 нм. При этом молекулярная масса не влияет на размеры наночастиц серебра. Продемонстрировано, как эффективно, в процессе эксперимента, контролировать скорость роста эпитаксиальных слоев алмаза в СВЧ плазме, методом CVD, используя низкокогерентную интерферометрию. Данные о кинетике роста и травления были получены в единственном эксперименте при осаждении порядка 60 слоев на одну подложку в разных режимах и фиксированном давлении, без выключения плазмы. Скорость роста в H_2+CH_4 смеси газа померена в широком интервале температур подложки от 750 до 1150 0С для разных концентраций метана. Было показано, что зависимость скорости роста от температуры подложки при 4% метана имеет максимум при температуре подложки 9500С. Была измерена энергия активации процесса роста для исследуемых концентраций: 10,2 ± 0,8 ккал/моль для 7% метана, 12,2 ± 1,0 ккал/моль для 10% метана и 11,8 ± 0,9 ккал/моль для 13% метана. Кроме того, используя мониторинг НКИ, скорость травления была измерена для поверхности (100) эпитаксиальной CVD-пленки в чистой Н2-плазме при давлении p = 130 Торр и температуре Ts = 850-1125 ° C, и оказалось равной 1,5 мкм/час при 850 °С. Также была измерена энергии активации Ea= 9,8 ± 0,8 ккал/моль для этого процесса. Точность интерферометра 0,4% от скорости роста определялась температурными флуктуациями. Именно флуктуации температуры, в конечном счете, ограничивают точность измерения скорости роста по настоящему методу. Техника низкокогерентной интерферометрии значительно сократила время сбора данных о росте, примерно, 15 минут для каждого режима, не изменяя подложки, что также является очень важным в целях экономии: времени проведения эксперимента, алмазных подложек, газа, электроэнергии. Была освоена методика выполнения эксперимента на эллипсометре Wollam VASE и методы эллипсометрических измерений тонких плёнок, работа с программным обеспечением, в частности, построение осцилляторных функций для моделирования многослойных структур со сложным составом слоёв. Оптическим методом спектральной эллипсометрии были проведены измерения эпитаксиальных плёнок нитридов галлия и алюминия с легированными Si слоями GaN для разных значений концентрации примеси и при различной структуре буферного слоя. Построены модели для аппроксимации слоёв сложных многослойных структур и легированных слоёв, из которых с использованием модели Друде были получены данные о плотности носителей свободных зарядов для легированного слоя GaN, которые согласуются с известными значениями, полученными при помощи измерений Холла. Проведено сравнение возможных методов определения плотности носителей свободных зарядов при СЭ исследованиях, среди которых выбраны наиболее достоверные. Исследована применимость и оценена эффективность метода СЭ для разных диапазонов концентраций свободных носителей в плёнках. Выявлены проблемы, возникающие при оптических измерениях электрических свойств тонких плёнок и недостатки метода спектральной эллипсометрии в приложении к исследованию электрических параметров плёнок. Несмотря на показанную возможность оптического определения концентрации свободных носителей заряда для GaN, эллипсометрический метод показывает значительное ухудшение достоверности результатов с усложнением структуры эпитаксиальных плёнок и при недостатке информации о её составе. Рассчитана геометрия установки с коллекторной системой в виде двух параллельных цилиндрических электродов, с помощью формулы Пика найдена область рабочих геометрических значений: межэлектродное расстояние от 40 мм до 150 мм с шагом 10 мм, выбран радиус электродов 6 мм. Построена электрофизическая модель, в которой были рассчитаны емкости, обусловленные конструкцией в Comsol Multiphysics, значение которых не превышает 500 пФ, обосновано подключение дополнительных конденсаторов емкостью не меньше 1 нФ. Разработан и создан двухканальный высоковольтный генератор импульсов, состоящий из низковольтного генератора прямоугольных импульсов, управляющих драйверов, коммутаторов, рассчитанных на работу при 20 кВ с мощностью источника питания 30 Вт. Платы управляющих драйверов и коммутаторов разведены в программе Altium Designer. Разработаны системы приемных коллекторов, позволяющих получать анизотропную ориентацию в материале. В качесвте рабочего раствора выбран 10%-ый раствор полиамида 6,66 в спирте (80%) с водой (20%), с помощью метода ЯМР выяснено, что выбранный полимер практически не отличается от полиамида 6, который выбран в качестве эталона. Получены образцы из ориентированных волокон полиамида 6,66. Проведено морфологическое исследование образцов с помощью оптической Carl Zeiss Axio и электронной микроскопии Scanning Electron Microscopy (SEM) Helios NanoLab 450S. С использованием программного обеспечения оценена разориентация волокон 20-25о. Проведены исследования с выяснением теплофизических характеристик с помощью ТГА и ДСК, что позволило сделать вывод о пригодности образцов для исследований рентгеновскими методами и о том, что образцы не требуют дополнительной обработки после получения. К тому же выяснено, что температура плавления образца составляет 173°С, при заявленной 160° С для необработанного полимера, что говорит о формировании более совершенных кристаллитов в процессе электроформования. Были проведены исследования и разработка оригинальной методики получения радиоактивного изотопа 212Pb для его дальнейшего использования в радионуклидной медицине. В основе генераторной системы лежит особенность цепочки распада 228Th – наличие в ней газообразного дочернего 220Rn. Таким образом можно реализовать разделение фаз между дочерними нуклидами, что обеспечивает высокую радиохимическую чистоту выделяемого элемента и является необходимым при создании препарата. Также следует отметить удобство данной установки. Поскольку конструкция системы не предполагает наличия особых условий содержания и обслуживания, то может быть расположена в непосредственной близости от места проведения терапевтической процедуры, и, как следствие, более широко использоваться в медицинских учреждениях. В ходе исследований также были проведены эксперименты по синтезированию препарата для радионуклидной терапии нейроэндокринных опухолей. Благодаря проведенной работе удалось установить, что наилучшим образом мечение белковой платформы может происходить при температуре 90°С в течение 10-15 минут. Эффективность составляет около 98%, при этом сам процесс синтеза не занимает много времени, благодаря чему готовый продут обладает большей активностью и, соответственно, может оказывать значительный терапевтический эффект. Показано, что молекулы цитохрома с в растворе в интервале концентраций от 1.14 до 11.4 мг/мл не взаимодействуют друг с другом, растворы цитохрома c состоят из мономеров с небольшим содержанием тетрамеров. Вне зависимости от процесса приготовления с помощью экструдера липосом с размерами 50 и 100 нм, в растворе образовались липосомные частицы со средним размером 160 нм. Некоторое отличие кривой рассеяния от модели и экспериментальной кривой может объясняться наличием полидисперсности. В кривой рассеяния от смеси белка и липосом преобладает рассеяние от липосом, составляющее 73 об.%, тогда как рассеяние от белка составляет 27 об.%. Суммарная кривая рассеяния от цитохрома c и липосом, содержащих кардиолипин, совпадает с экспериментальной кривой рассеяния от смеси компонент, что говорит о том, что в данном растворе не образуется комплекс. То есть взаимодействие между цитохромом c и кардиолипином, с которого начинается процесс апоптоза, не происходит само по себе при сближении данных молекул, так как их взаимодействию в организме предшествуют реакции, условия для которых не созданы in vitro. Проведен вычислительный эксперимент, заключающийся в моделировании динамики двух типов фрагментов кристаллической решетки тетрагонального лизоцима путем трансляции которых можно получить кристалл лизоцима (октамеры). Вычисления проводились с использованием программы GROMACS при 10 ºС для двух типов растворов лизоцима в при рН 4.5 в присутствии NaCl с концентрацией 25 мг/мл и в воде. Проведены расчеты стабильности димеров, тетрамеров, гексамеров и октамеров. На траектории 100 нс. промоделирована динамика димеров, тетрамеров, гексамеров и октамеров двух типов, которые путем трансляции образуют кристаллическую решетку тетрагонального кристалла лизоцима в присутствии и отсутствии осадителя. Показано, что в присутствии осадителя стабилен один из исследуемых октамеров, в то время как другой «разваливается» на составные элементы. Показано, что как в присутствии, так и в отсутствии осадителя тетрамеры и гексамеры являются нестабильными и диссоциируют. Приведенные выше данные согласуется с экспериментами по МУРР и МУРН и объясняют непонятные ранее существенные особенности этих экспериметнов (отсутствие тетрамеров и гексамеров и тип октамера). Предложен подход, позволяющий отказаться от ресурсоемкого вычисления динамики образования кристалла от мономера до кристалла. Произведен поиск потенциальных селективных ингибиторов для фермента имидазол-глицеролфосфат дегидратазы (HisB-Mt или IGPD) из Mycobacterium tuberculosis с помощью метода виртуального скрининга. Данный белок HisB-Mt катализирует в туберкулёзной бактерии одну из стадий биосинтеза аминокислоты гистидина, которая необходима для роста и развития бактерии. Главным фактором, из-за которого фермент HisB-Mt входит в число наиболее перспективных мишеней для поиска новых антитуберкулезных лекарств, является то, что в организме человека биосинтез гистидина отсутствует. По этой причине блокирование роста бактерии туберкулеза путем ингибирования фермента HisB-Mt не будет оказывать влияние на метаболизм человека. Поиск потенциальных ингибиторов состоял из двух этапов: молекулярного докинга и молекулярной динамики. На первом этапе с использованием данных о пространственной структуре белка (из банка данных структур PDB) была сконструирована модель одного из 24х активных центров белка, включающая три субъединицы из 24-х мерной молекулы фермента. Данная модель активного центра была использована как мишень в ходе молекулярного докинга с использованием интернет сервиса mcule. В результате докинга было найдено 974 соединения, связывающихся в активном центре белка HisB-Mt. Для следующего этапа виртуального скрининга - молекулярной динамики - на основе оценочной функции докинга и эмпирических правил Липински, которые применяются в ходе рационального драг-дизайна были отобраны четыре соединения (потенциальных ингибиторов). Метод молекулярной динамики показал, что каждый из найденных потенциальных ингибиторов образует водородные связи и полярные контакты с аминокислотными остатками активного центра белка и взаимодействует с аминокислотными остатками, расположенными в ближайшем окружении активного центра, перекрывая доступ субстратов в полость активного центра. Выбранные лиганды практически одинаковы по величине оценочной функции докинга, удовлетворяют правилам Липински и могут быть использованы в качестве соединений-лидеров при поиске инновационных антитуберкулёзных лекарственных препаратов. Проведено комплексное исследование античной крымской керамики, это позволило получить ряд интересных результатов. Сравнение цветов глиняной основы образцов фасосских амфор (№ IV, V и IX) показало, что они имеют похожий цвет и сходный характер включений. Содержание Si и Al в образцах приблизительно одинаково и составляет, соответственно, 20±2 (21±3) вес% и 9±1 (11,5±2) вес% по данным РЭМ (ПЭМ). Типичные для глин катионы Na, K, Mg, Сa, Fe в этих образцах обнаружены примерно в одинаковых концентрациях в пределах 1 вес%. Исключение составляет относительно низкое содержание Ca в образце № IV по сравнению с образцами № V и № IX, с разницей в 2,75 вес%. Разница в структурных данных глиняной основы фасосских амфор, полученных методом ВРПЭМ, может быть объяснена неоднородностью образцов. В глиняной основе боспорских черепиц (образцы № I и № XIV) различие в содержании Si, Ca и Fe достигает 7, 4 и 3 вес%, соответственно. В образце I мог использоваться палыгорскит или смешанослойный глинистый минерал. В образцах № II и № VIII можно наряду с палыгорскитом или смешанослойными глинистыми минералами предположить присутствие вармикулита или гидрослюды. Проведенное сравнение включений в образцах керамики, относящихся к одному месту производства, - фасосской и боспорской показало, что: по данным ОМ в образцах фасосских амфор процент коричневых включений очень близок (№ IV – 8%, № V – 6%, № IX – 5%. В боспорских черепицах включения белого цвета также найдены в одинаковой концентрации – 6-7%. Содержание Si и Al в синопских амфорах (№ II, № XII, № XIII) приблизительно одинаково и составляет, соответственно, 23,5±0,5 вес% и 10,5±2вес%. Вместе с тем, в образцах различного происхождения – № II, № III, № VI, № VIII, № XV обнаружено, что основным отощителем в них являлся измельченный диопсид. Вероятно, это связано с движением одинаковых технологий подготовки глиняного теста для амфор. Кроме диопсида в изученных образцах керамики обнаружены включения полевых шпатов, окислов железа и кремния. При сравнении синопских и фасосских образцов были выявлены существенные различия, а именно во всех синопских образцах присутствует диопсид, в отличие от фасосских. Также характерной особенность фасосских образцов является большее содержание кальцита, что может свидетельствовать о разной технологии изготовления керамических изделий, а именно о разной температуре обжига (при нагревании до 900−1000°C кальцит разлагается углекислый газ CO2 и негашёную известь CaO). Представленные результаты являются первым этапом работы по подготовке атласа крымских керамик. Построена теоретическая модель, описывающая распространение фемтосекундного импульса ближнего ИК-диапазона при филаментации через нелинейную среду. Модель опирается на нелинейное уравнение огибающей (NEE), учитывающее дифракцию, дисперсию среды, керровскую и рамановскую нелинейности, многофотонную и туннельную ионизацию, поглощение и дефокусировку на плазме, процессы рекомбинации электронов. Модель позволяет получать пространственно-временные профили и спектр фемтосекундных импульсов. Были обсуждены различные механизмы частотной модуляции, анализ их влияния на спектр излучения и их совместного действия. В частности, показано, что в среде с положительной ДГС исходный импульс расщепляется на два субимпульса с более интенсивным запаздывающим субимпульсом. В среде с отрицательной ДГС наблюдается сжатие импульса во времени и образование световых пуль. Эти эффекты приводят к резкому уширению спектра импульса – генерации суперконтинуума. Исследовано влияние рамановской нелинейности на временной профиль импульса и спектр суперконтинуума. Показано, что рамановская нелинейность приводит к сближению нелинейных фокусов друг к другу, увеличивая эффективную длину филамента и проявление нелинейных эффектов. Кроме того, передний субимпульс становится более интенсивным, по сравнению с задним субимпульсом. Спектр суперконтинуума изменяется не столь значительно, но тем не менее, в среде с положительной ДГС спектральная яркость красной части спектра увеличивается при росте относительного вклада рамановской нелинейности θ, максимально при θ = 0.15 и убывает при дальнейшем его увеличении. В среде же отрицательно ДГС наблюдается монотонное уменьшение спектральной яркости красной части спектра при увеличении параметра θ. С использованием непертурбативного подхода были исследованы особенности генерации гармоник высокого порядка в двухчастотных лазерных полях. Были разработаны модельные 13 уровневые структуры для атомов с s- симметрией основного состояния (на примере атома серебра) и р- симметрией основного состояния (на примере атома неона), для которых были написаны соответствующие комплекты расчётных компьютерных программ. В рамках установленных моделей впервые проведено детальное исследование не только интегральных зависимостей эффективности генерации гармоник и эллиптичности при вариации управляющих параметров двухчастотного поля, но и исследованы вклады переходов с каждого отдельного уровня в эллиптичность и интенсивность генерируемого отклика. Зависимости эффективности ГГВП для одиночного атома демонстрируют периодический характер, а положение максимумов и минимумов эффективности зависит от номера гармоники. Проведено исследование зависимости распределений вкладов уровней от вариации таких параметров поля, как интенсивности компонент, временной задержки между импульсами, угла между поляризациями компонент поля. Показано, что динамика населённости уровней атома оказывает принципиальное значение на вид спектра генерируемого излучения, а также на поляризационные характеристики генерируемых гармоник. Проведённые исследования открывают новую возможность управления поляризационными характеристиками генерируемого излучения, которая заключается в контроле населённости конкретных уровней атома. Предложенным в работе методом оценки стабильности решения проверена полнота используемых в задаче моделей. Для образцов найдены диапазоны данных, на основе которых рассчитываются стабильные решения, что позволило выявить наиболее достоверные модели для исследуемых образцов. Метод также позволил более адекватно оценить величины структурных параметров моделей, поскольку сделал возможным найти разброс возможных значений параметров, а не их точно заданную величину. Моделированием размерного распределения определено качественное строение наночастиц кремнезоля ТМ50. Частицы имеют структуру более плотного ядра и менее плотной оболочки. Диаметр частиц составляет 27 нм с полушириной распределения 1.4 нм. Относительная толщина оболочки в различных моделях нестабильна. Методом шарикового моделирования получена трёхмерная модель наночастиц кремнезоля ТМ50. Модель имеет приближённо сферическую форму с более плотной упаковкой шариков в центре частицы по отношению к более рыхло упакованной шариками периферии. Методом моделирования размерного распределения исследованы наночастицы ТМ50 на предмет растворения в сильно- щелочной среде (рН>13.94). Частицы не растворяются, а образуют гель. Исходя из формы кривой рассеяния от ТМ50, можно предположить, что наночастицы образуют цепочечные структуры, характерные для силикагелей. Получены зависимости интенсивности рассеяния от нанокомпозитов пористого бериллия, допированного различным количеством порошка алмазов (доля алмазов 5.44%, 24.0%, 45.3%). При увеличении концентрации алмазов происходит уширение гало рассеяния от композита вблизи центрального пучка, что повышает эффективность подавления спеклов такими материалами. Моделированием размерного распределения рассчитаны диаметры пор Ве – более 30 нм и частиц алмаза 4-5 нм. Методом моделирования распределения по размерам проведено сравнение размеров внутренних неоднородностей двух материалов пористого бериллия Ве-1 (15 – 25нм) и Ве-2 (10 – 40 нм). Размеры неоднородностей определяют характер рассеяния образцов, поэтому представляют собой необходимую информацию для технологов при создании наиболее эффективных материалов для подавления когерентности СИ. Впервые методом малоуглового рентгеновского рассеяния были исследованы ксерогели на основе THEOS (серии АК 50 и АК 51) и получены структурные характеристики данных образцов.Показано, что полное формирование геля происходит в течение 18 часов. Кинетические изменения кривых МУРР серии АК 50 и расчет функций парных корреляций P(R) свидетельствуют о полном переходе от монодисперсности образца к высокой степени полидисперсности. Время облучения ультрафиолетом серии АК 51, содержащей AgNO3, не влияет на формирование наночастиц металла. Исследование функций распределения по размерам DV(R) показало, что наночастицы серебра локализованы именно в порах и имеют средний размер порядка 2 нм. При естественном и искусственном высушивании образцов размеры пор геля не изменились. Из этого следует, что ксерогели не только участвуют в формировании наночастиц, но могут служить для их стабилизации.
14 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Разработана методика создания тонкопленочных структур SrO/EuGdO/SrO/YSZ и EuGdO/LaAlO3. Определены режимы роста каждого из слоев, необходимые температуры подложки и потоки веществ. С помощью такого метода, как электронная микроскопия, исследовано кристаллическое качество полученных гетероструктур. Полученные образцы не имеют посторонних включений и дефектов, а гетерограницы атомно резкие. В ходе исследования также определены магнитные и транспортные свойства выращенных гетероструктур. Для образцов SrO/EuGdO/SrO/YSZ обнаружено отсутствие встраивания гадолиния в кристаллическую решетку тонких слоев оксида европия. Это может быть связано как с недостатками методики роста, так и с влиянием гетерограницы EuGdO/SrO. Однако точную причину данного явления еще предстоит определить. Для образцов EuGdO/LaAlO3 исследовано влияние предварительной обработки подложки на кристаллическое качество растущего слоя EuGdO. Выявлено, что травление подложки в HCl и последующий отжиг способствуют дальнейшему росту слоя EuGdO. Данные электронной микроскопии позволяют утверждать, что на поверхности имеются участки, терминированные слоем AlO2. Однако, двумерного электронного газа не наблюдается. Это может быть связано с недостаточно однородным терминированием поверхности. Разработана методика определения динамических и мощностных характеристик лазеров на основе ассиметричной двойной гетероструктуры раздельного ограничения AlInGaAs/InP с генерацией излучения при различных волноводах. Структура была выращена обычным методом изменения состава для каждого слоя, для структуры был применен метод graduate index, т.е плавное состава слоев между которыми он выращивается. Все измерения проводились в импульсном режиме накачки с частотой̆ 1кГц и длительностью импульса около 100 нс. Были проведены исследования динамики фотоответа лазера при разных токах накачки (до 7.5 А). Для первой структуры длина волны получилась 1600 нм при токе накачки 3А, для второй структуры длина волны получилась 1595 нм при токе накачки 3А, при этом для первой структуры при увеличении тока происходит более резкое увеличение длины волны . Так же была измерена ватт-амперная характеристика лазера для сравнения зависимостей первой и второй структуры, у второй структуры раньше наступает отклонение идеальной зависимости от экспериментальной, что свидетельствует о потерях. Для сравнения при токе накачки 5 А разница составила 0.08 Вт, что в переводе в процентное отношение составляет 23%. Для каждой из структур было определенна расходимость излучения, для структуры с плавно меняющимся составом она оказалась лучше, что можно использовать для оптоволоконных систем с меньшим количеством линз. Разработка структуры лазерного диода с новым методом выращивания показала, что такой метод имеет место быть, структура имеет пороговый ток ниже, при этом на больших мощностях уступает по мощности. В результате выполненных исследований отобраны структуры М/(CoFeB)x(LiNbO3)1-x/М, обладающие эффектом резистивного переключения (РП) с отношением ROFF/RON>10. Для этого были исследованы ВАХ М/НК/М структур на основе НК (CoFeB)x(LiNbO3)1-x в полях до ~104 В/см. При х ~ 10 ат.% обнаружен эффект резистивного переключения. Структуры выдерживают без деградации большое число РП (>105). При этом структуры демонстрировали возможность подбора произвольного резистивного состояния в диапазоне между RON и ROFF и его хранение не менее ~1 часа. Таким образом, полученные результаты, демонстрируют перспективность мемристивных М/НК/М структур на основе металл-диэлектрического нанокомпозита в качестве элементов адаптивных (нейроморфных) электронных систем, выполняющих функции синапсов. Наличие металлических гранул устраняет необходимость в формовке, а так же увеличивает выносливость мемристора к большому числу переключений. Измерена кинетика переключения мемристоров и найдено характерное время переключения из состояния ON в OFF ~2.5 мкс. Таким образом, мемристоры на основе НК (CoFeB)x(LiNbO3)1-x удовлетворяют требованиям, предъявляемым для их использования в качестве синапсов. В частности, демонстрируют сравнительно небольшие временами переключения. В результате проведенных исследований были синтезированы капсулы (PSS/PDADMAC)3, PSS/PDADMAC/PSS/Mnp/PDADMAC/PSS/Mnp/PDADMAC, изучено влияние температурного воздействия на размер, дзета-потенциал и морфологию поверхности капсул. Показано, что размер капсул (PSS/PDADMAC)3 уменьшается с 3,5±0,2 мкм до 1,0±0,2 мкм в результате их инкубирования при температуре выше 80°С. Размер капсул с магнетитом уменьшается с 3,5±0,2 мкм до 0.8±0,2 мкм в тех же условиях. Таким образом, наличие наночастиц в оболочке не препятствует термоиндуцированному сжатию капсул. Также при температуре выше 70°С происходит изменение морфологии полиэлектролитных капсул, оболочка становится более гладкой и плотной. Спектрофотометрически определена эффективность включения доксорубицина в капсулы. Было обнаружено, что эффективность загрузки вещества в капсулы с магнетитом выше, чем в капсулы без наночастиц. Масса доксорубицина, загруженного в капсулы (PSS/PDADMAC)3 составила 1 мкг для загрузки 25ºС и 1,8 мкг для загрузки при 90 ºС. Для капсул PSS/PDADMAC/PSS/Mnp/PDADMAC/PSS/Mnp/PDADMAC загрузка составила 4,3 мкг (при 25ºС ) и 5 мкг (90 ºС). Показано, что методика поочередной адсорбции приводит к эффективному включению частиц магнетита в состав оболочек полиэлектролитных многослойных микрокапсул, что демонстрируют результаты проведѐнных исследований. Установлено, что включение магнитных наночастиц в состав полимерной оболочки не препятствует термоиндуцированному сжатию капсул и позволяет повысить эффективность загрузки доксорубицина в капсулы. Таким образом модификация капсул магнитными наночастицами открывает дополнительные возможности в направленном транспорте лекарственных препаратов. Полученные капсулы могут найти применение как в качестве носителей различных терапевтических агентов, так и в качестве каталитической системы клеточных процессов. Успешно выращены нанопроволоки различного типа – сплавы и слоевые. Исследования с помощью электронного микроскопа показали, что нанопроволоки из сплава железо-никель агломерируют в пучки. Это может быть связано как с магнитным взаимодействием соседних нанопроволок, так и с их адгезией за счёт поверхностного натяжения. Диаметр проволок соответствует диаметру пор ростовой матрицы а их плотность- плотности пор матрицы. Рентгеноструктурное исследование сплавов показало, что материал нанопроволок представляет собой сплав Fe-Ni с ГЦК структурой кристаллической решётки. Значения параметров решетки для сплава лежат между соответствующими параметрами для железа и никеля. Кроме того, выявлено увеличение постоянной решетки при увеличении концентрации железа в исследуемых образцах (от 25% до 75%). Оба этих результата являются вполне естественными для сплавов. Рентгеноструктурное исследование материала осажденного на плоскую поверхность показало резкое уменьшение параметра ячейки при увеличении ростового потенциала. Полученные результаты были применены для электроосаждения металла в поры. Из анализа рентгенограмм нанопроволок, выращенных в порах и образца выращенного на плоской поверхности с использованием режима осаждения, полностью повторяющего режим осаждения нанопроволок можно сделать следующие выводы: на обоих образцах наблюдаются пики меди и сплава меди с никелем/кобальтом; для гетероструктурных нанопроволок характерно значительное уширение пиков по сравнению со случаем осаждения на плоскую поверхность. Объяснением данного явления может служить ограничение роста которое создают поры используемых матриц. Анализ рентгенограмм НП, полученных путём роста в магнитном поле, показывает заметное изменение интенсивности пика FeNi (111) в приложении магнитного поля. Это говорит о изменениях текстуры в железо-никелевых образцах. Для чисто железных образцов изменений интенсивностей пиков не наблюдается. Это объясняется большей устойчивостью железа по сравнению с железо-никелевым сплавом к воздействию магнитного поля. Разработан и впервые применен новый аппаратно-методический подход для реализации времяразрешающей дифрактометрии в условиях постоянного и импульсного воздействия лазерного излучения на монокристалл с целью изучения фотоиндуцированных процессов перестроек в его структуре. Измерения электрофизическими методами, реализованные при воздействии электрического поля на кристалл, позволили оценить порядок напряженности электрического поля, возникающего в кристалле в результате аномального фотовольтаического эффекта (ФВЭ). По полученным данным были построены временные зависимости напряжения и тока для монокристалла ниобата лития с примесью железа для двух концентраций (0,02% и 0,05%), а также вольт-амперные характеристики кристаллов без и во время воздействия лазерного излучения. По результатам анализа кинетики электрофизических параметров были оценены характеристические времена релаксации и значения удельного сопротивления. Предварительные измерения рентгенодифракционным методом, при воздействии на образец внешнего электрического поля, позволили оценить значения амплитуды пьезоэлектрического отклика кристалла, а также подтвердить, что при воздействии поля, в отличие от ФВЭ, наблюдается только обратный пьезоэлектрический эффект, и не наблюдается миграции носителей заряда. В результате времяразрешающих рентгенодифракционных измерений было зарегистрировано заметное изменение формы кривой дифракционного отражения, что свидетельствует об изменении концентрации носителей заряда в приповерхностной области вследствие влияния аномального ФВЭ. По результатам, полученным в ходе применения времяразрешающей дифрактометрии, удалось разделить несколько физических эффектов по кинетике их протекания и оценить их вклад в общую деформацию кристаллической решетки. Наиболее быстрый процесс деформации кристаллической решетки, возникающий за счет ФВЭ и приповерхностной пьезоэлектрической деформации, удалось зарегистрировать при временах порядка десятков миллисекунд. Более медленный из наблюдаемых процессов вызван температурным расширением решетки и пироэлектрическим эффектом. Предполагается, что наиболее сильная деформация кристаллической решетки будет наблюдаться в малом приповерхностном слое (порядка нескольких микрометров). Данное предположение основывается на том, что в приповерхностном слое происходит скопление носителей зарядов. Учитывая тип проводимости, характерный для ниобата лития, и величины электрических полей, свидетельствующих о высокой концентрации носителей заряда, деформация кристаллической решетки в приповерхностном слое должна быть существенной.
15 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Исследована возможность создания объемных микромодификаций внутри Si при острой фокусировке импульса. Показано, что происходит насыщение энерговклада в Si с ростом энергии импульса. Увеличение длительности импульса позволяет немного увеличить значение объемной плотности энергии, однако оно остается ниже порога создания микромодификаций. Было изучено влияние условий фокусировки на генерацию когерентного излучения при распространении в конденсированных средах. Показано, что в Si из-за сильной делокализации спектр суперконтинуума наполнен в большей степени при более жесткой фокусировке. В классических же материалах, используемых в оптике инфракрасного диапазона, например, CaF2, обладающем отрицательной дисперсией групповых скоростей, эффективность генерации гармоник в префокальной области практически не зависит от величины фокусного расстояния, что свидетельствует о балансе вкладов интенсивности и длины взаимодействия в эффективность генерации. Напротив, в фокальной области увеличивается интенсивность коротковолновой части спектра суперконтинуума (в 20 раз) при уменьшении фокусного расстояния (в 2 раза). Таким образом, показана возможность управления параметрами когерентного излучения, генерируемого при филаментации. С использованием методов электронной микроскопии получены морфологические данные исследуемых FinFET транзисторов, описывающие размерные характеристики кремниевых структур, и образовавшихся технологических слоев (в основном окисных или аморфных). Получены изображения в растровом электронном микроскопе (РЭМ), на которых четко видна кристаллическая структура кремния. Изучена кристаллическая решетка полученных «двумерных структур». Показано, что протяженных дефектов в них нет, они состоят из бездефектного кремния. Толщина «двумерного» слоя составляет несколько межатомных расстояний. Такой результат подразумевает сильное влияние квантоворазмерных эффектов на электрическое сопротивление, что приводит к сильному падению сопротивления в исследуемых образцах. Методом ультразвуковой кавитации получены капсулы, содержащие фотохромные спиробензопираны. С помощью динамического рассеяния света и конфокальной лазерной сканирующей микроскопии (КЛСМ) показано, что размер капсул можно контролировать путем изменения соотношения масляной и водной фаз. Получены капсулы в широком диапазоне размеров: от 500 нм до 7,5 мкм. Для визуализации капсул на КЛСМ в ядро был включен краситель Нильский красный. С помощью электрофоретического рассеяния света измерены дзета-потенциалы полученных образцов, значения которых свидетельствуют о стабильности коллоидных систем и их устойчивости к агрегации. С помощью крио-РЭМ исследована морфология капсул и продемонстрирована структура типа «ядро-оболочка». Доказана успешная загрузка фотохромного спиробензопирана в полиэлектролитные оболочки. Проведено покрытие оболочки капсул золь-гель методом с использованием тетраэтоксисилана (ТЭОС). Проведено исследование морфологии капсул с помощью РЭМ. Определена концентрация ТЭОС – 2,5 мкл – для оптимального уплотнения стенок капсул. Проведены спектрофотометрические исследования капсул с фотохромным спиробензопираном (СБП-7). Обнаружено наличие положительных фотохромных превращений у капсул, содержащих СБП-7. Наилучшие фотохромные превращения были получены для образца СБП-7 с дополнительным полиэлектролитным слоем катионного полиаллиламина гидрохлорида (ПАА). Для образца СБП-7 с дополнительным бислоем (ПАА+ПСС или ПАА+ТЭОС) также удалось зафиксировать циклические фотохромные изменения, но более ослабленные, по сравнению с образцом с одним дополнительным слоем ПАА, что объясняется экранирующим эффектом. Обнаружено наличие отрицательных фотохромных превращений у металлокомплекса СБП-9 и Mg(ClO4)2 в растворе полиметилсилоксан/толуол. Подтверждено сохранение отрицательных фотохромных превращений у капсул, содержащих металлокомплекс СБП-9 и Mg(ClO4)2. Подобран оптимальный объем инкапсулируемой фазы (ядра) для наличия отрицательного фотохромизма в капсуле – 400 мкл. Продемонстрирована эффективность применения капсул в составе тканевых материалов. Предложены методы включения бактериохлорина в частицы карбоната кальция и выбран оптимальный для гидрофобного вещества: сорбция на сухих частицах. Раствор бактериохлорина в хлороформе исследован методом спектрофотометрии и подтверждена стабильность спектральных характеристик красителя. Длина волны поглощения бактериохлорина 724 нм соответствует терапевтическому окну прозрачности биологической ткани. Подобраны полиэлектролиты (полиэтиленимин, поли-L-аргинин и сульфат декстрана) для формирования биосовместимой и способной к биодеградации при физиологических условиях мембраны на поверхности CaCO3. На основе выбранных полиэлектролитов методом послойной адсорбции синтезированы полиэлектролитные микрокапсулы с иммобилизированным бактериохлорином и проанализирована различная последовательность нанесения слоев полиэтиленимина, поли-L-аргинина и сульфата декстрана. Оптимальная - PEI/DS/(PArg/DS)2. Использование PEI – полиэтиленимина в качестве первого слоя благодаря его амфифильности позволяет повысить эффективность включения гидрофобного бактериохлорина (что подтверждается исследованием квантового выхода образования 1О2: разница в поглощении ловушки ADMA для капсул с PEI наибольшая). Синтезированы капсулы на основе биосовместимых полисахаридов (хитозана и ксантановой камеди) в одну стадию. Исследована морфология капсул и их устойчивость при хранении. Методом РЭМ показано, что частицы CaCO3 обладают высокопористой поверхностью, что позволяет адсорбировать большое количество функицонального вещества. Методом просвечивающей электронной микроскопии показано, что нагруженные фотосенсибилизатором (ФС) полиэлектролитные капсулы имеют сферическую форму, целостную оболочку и диаметр ~3 мкм. Методом конфокальной микроскопии показано, что капсулы сохраняют свою стабильность (форму и целостность) в течение как минимум одного месяца, что позволяет использовать их для доставки ФС к целевой ткани. Определен квантовый выход генерации 1О2 при облучении капсул лазером, тем самым подтверждена эффективность включения ФС в разработанные системы доставки и определена оптимальная комбинация полимерных слоев капсул. Результаты проведённых исследований создают основу для разработки методики терапии онкологических заболеваний за счет светового воздействия в присутствии полимерных капсул, нагруженных фотосенсебилизатором бактериохлорином. Отработана методика деполимеризации полимера хитозана гидролизом перекисью водорода 𝐻2𝑂2. Показано, что таким методом можно получать гидролизованный хитозан с предсказуемыми значениями молекулярной массы. Было продемонстрировано, что восстановление ионов серебра в растворах хитозана определяется концентрацией концевых групп полисахарида. Также показано, что скорость восстановления наночастиц серебра обратно пропорциональна молекулярной массе хитозана. Это может указывать на то, что в восстановлении ионов серебра макромолекулами хитозана участвуют концевые группы полисахарида, концентрация которых растет с уменьшением молекулярной массы полимера. Экспериментально было поставлено, что в зависимости от молекулярной массы хитозана может изменяться энергия активации процесса восстановления наночастиц серебра, что говорит о том, что в процессе могут доминировать разные протекающие реакции, влияющие на кинетику восстановления. При более низких молекулярных массах полимера среднее значение эффективной энергии активации составляет 𝐸𝑎 = 60, 257 ± 13, 545 кДж/моль, при более высоких молекулярных массах полисахарида среднее значение составляет 𝐸𝑎 = 125, 545 ± 10, 988 кДж/моль. Помимо вышеуказанного, определено, что в растворах образуются наночастицы серебра сферической формы порядка 2—10 нм, а так же образуются агрегаты порядка 25—200 нм. При этом стоит отметить, что молекулярная масса хитозана никак не влияет на размеры образующихся наночастиц серебра. Модифицирован метод электроформования с целью получения ориентированных волокон. На основе литературного обзора существующих методов получения ориентированных волокон были получены рабочие значения: напряжение источника питания 20 ± 2 кВ; частота переключения напряжения между электродами 50÷150 Гц; расстояние капилляр-коллектор 10÷25 см. В качестве коллекторной системы предложено использовать два параллельно расположенных цилиндрических электрода, между которыми ориентировано укладываются волокна. Упорядоченная укладка достигается за счет динамического изменения электрического поля в межэлектродном пространстве. Высоковольтный (ВВ) генератор импульсов подает сигналы на приемные электроды в форме меандра, причем на один из электродов меандр подается в противофазе. Таким образом, волокно, достигнув одного электрода, перемещается на второй, достигнув второй – снова перемещается на первый. Разработанный метод учитывает недостатки существующих методов и дает возможность получения материала с разноориентированными слоями. В Comsol Multiphysics построена электрофизическая модель экспериментальной установки, в которой были рассчитаны емкости, обусловленные конструкцией, значение которых не превышает 500 пФ, обосновано подключение дополнительных конденсаторов емкостью не меньше 1 нФ. Построена упрощенная модель процесса электроформования, из которой выведены зависимости морфологических параметров материала от используемых рабочих параметров установки. На основе моделирования разработаны и созданы новые высоковольтные ключи для обеспечения работы пятиканального высоковольтного генератора импульсов. В ходе работы рабочее напряжение установки было повышено с 20 кВ до 32 кВ, что значительно увеличивает площадь получаемых материалов. Платы управляющих драйверов и коммутаторов разведены в программе Altium Designer. Разработаны системы приемных коллекторов, позволяющих получать материал с заданным углом от 200-900 между слоями. В качестве полимерной композиции выбран полиамид 6/66. На основании метода ЯМР выяснено, что содержание полиамида 66 не превышает 40%. Отработана методика получения ориентированных волокон с помощью модифицированного метода электроформования. Получены образцы из ориентированных волокон полиамида 6/66 площадью до 50 см2. Проведено морфологическое исследование образцов с помощью оптической микроскопии. С использованием программного обеспечения оценен угол разориентации для всех материалов ПА 6/66, который лежит в пределах 0⁰±10⁰ и не зависит от рабочих параметров установки, а именно от расстояния между электродами, от высоты капилляра и от частоты переключения напряжения. Исследованы теплофизические характеристики с помощью методов термографиметрического анализа и дифференцирующей сканирующей калориметрии, что позволило сделать вывод о том, что остаточное содержание растворителя не превышает 1% . Выяснено, что температура плавления образца составляет 173°С, при заявленной 160° С для необработанного полимера, что говорит о формировании более совершенных кристаллитов в процессе электроформования. Исследованы механические характеристики с помощью универсальной разрывной машины. Расчетный модуль Юнга вдоль ориентации волокна составляет 430 ± 40 МПа, для неориентированного материала - 241 ± 30 МПа, перпендикулярно ориентация волокон составляет 150 ± 30 МПа. Прочности равны 47 ± 2,4 МПа; 30 ± 2,3 МПа и 17 ± 1,0 МПа соответственно. В результате исследований in vitro материалы из ПА 6/66 показали хорошую биосовместимость. В результате исследований in vivo на 21 день после ортотопической трансплантации был обнаружен сильный процесс адгезии. Следовательно, существует потребность дальнейшей работы по совершенствованию нетканого материала из полиамида. Разработан комплексный подход электронно-микроскопических исследований неметаллических объектов культурного наследия. Данный подход показал свою эффективность в исследовании античной керамики и средневековых пергаменов. Проведены исследования 34 образцов керамических артефактов: определены локальные параметры (концентрация микропримесей и их морфология в шлифе образца, элементный состав глиняной основы с уточнением катионного состава), проведен анализ включений по данным элементного состава и сопоставления его с результатами рентгенофазового анализа, выявлены характерные параметры артефактов различной локализации, на основе которых проводится разработка прототипа атласа-классификатора античной керамики: статистический анализ элементного состава глиняной основы показывает стратификацию образцов, преимущественно совпадающую с их происхождением, анализ включений позволяет охарактеризовать изделия различных производственных центров: изделия с клеймами Фасоса: присутствие кварца 1,2-2,4% гематита 0,3-1,1%, высокое содержание чешуйчатых включений (полевые шпаты и/или слюда); изделия с клеймами Коса: высокое содержание кварца 2,7%, присутствие гематита 0,2-0,4%, присутствие чешуйчатых включений (полевые шпаты и/или слюда); изделия с клеймами Синопы: присутствие кварца 1,2-1,4%, диопсида 0,8-7%, высокое содержание ильменита 1,1-1,2%; изделия с клеймами Гераклеи: присутствие кварца 0,5-1,7%, диопсида 2,9-6,8%, высокое содержание ильменита 0,9-1,7% (крупные включения). Обнаружены различия образцов средневековых пергаменов по различным показателям: наличию/отсутствию различных включений, распределению кальция на срезе, микроструктуре волокон. Состав приповерхностных слоев, за редким исключением, позволяет предположить обработку мелом, повышенное содержание ряда элементов рассматривалось как следы обработки мочевиной, квасцами, а также, яичным белком с добавлением соли (NaCl). Проводилось моделирование остывания пластически деформированных структур GaN/Si с целью выяснения и объяснения особенностей их поведения. Была предложена модель, описывающая влияние пластических деформаций на конечный изгиб пластин. В среде Comsol Multiphysics были построены модели в виде двухслойных структур заданной кривизны. Обнаружено существование критической кривизны и возможности остывающей плёнки приобретать кривизну противоположного знака в зависимости от её изначальной формы. Предложено объяснение особенностей поведения деформированных пластин наличием в них конкурирующих загибающих моментов, действующих на краях плёнки. Выявлены зависимости температурных деформаций от геометрических параметров подложки – толщины и диаметра. Рассмотрено влияние диаметра и толщины на особое поведение сильно изогнутых пластин. Увеличение диаметра подложки приводит к снижению значения критической кривизны. При увеличении толщины подложки кривизна, добавленная в результате температурной деформации, асимптотически стремится к нулю. Рассмотрено влияние пластических деформаций в подложках кремния в гетероструктурах GaN/Si на напряжения в плёнках GaN. Показано, что в сильно искривлённых подложках накапливаются большие напряжения. Проведены исследования основных факторов, определяющих условия, в которых образуется защитный комплекс Dps-ДНК, а также способы взаимодействия белка с ДНК. Именно нуклеоидный защитный комплекс, который образуется с помощью Dps, приводит к тому, что бактерии становятся резистентными к антибиотикам. Методом исследования было выбрано малоугловое рентгеновское рассеяние, которое позволяет изучать структуру вещества в растворе, то есть в условиях наиболее близких к физиологическим. Для выявления условий, в которых образуется защитный комплекс Dps-ДНК, методом малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) были проведены измерения рассеяния от растворов смесей белка с ДНК в двух буферах: в присутствии в растворе хелатирующего агента ЭДТА и без данной добавки. Оказалось, что на кривой рассеяния, которая соответствует раствору с добавлением ЭДТА, наблюдаются Брэгговские пики, то есть образуется кристаллический комплекс, тогда как в отсутствии ЭДТА в растворе кривая не содержит таких особенностей, то есть в этих условиях не образуется кристаллический комплекс. Это свидетельствует о том, что добавление хелатирующего агента в раствор влияет на способность белка Dps к связыванию с ДНК для образования кристаллического защитного комплекса. Для определения структуры белка в разных условиях были проведены измерения кривых МУРР от растворов Dps в двух буферах. Исследование показало, что гибкие N-концы белка, которые содержат положительно заряженные аминокислотные остатки (лизины на позициях 5, 8, 10 и аргинин на позиции 18), что в свою очередь способствует связыванию с отрицательно заряженной ДНК, по-разному ведут себя в разных буферах. Было показано, что при образовании защитного комплекса N-терминалы развернуты и простираются в раствор от поверхности додекамера. Однако в условиях, когда кристаллический комплекс не образуется, N-концевые области плотно прилегают к додекамеру, что снижает способность Dps к связыванию с ДНК. Подобраны условия получения органических монослоев фталоцианинов, а именно, определены нужные значения концентрации и объема наносимых веществ для получения точных результатов; исследованы упругие свойства и морфология ленгмюровских монослоев фталоцианинов: образуется сразу же однородный монослой, при повышении давления начинают образовываться трехмерные агрегаты; впервые установлено, что на поверхности раздела фаз воздух — вода образуются плавающие слои с плотной упаковкой молекул в слое, при этом в сформированных слоях наблюдаются незначительные включения 3D агрегатов. Рассмотрены различные математические модели мемристора и программно реализована модель VTEAM (Voltage ThrEshold Adaptive Model), внесены изменения в библиотеку для симуляции импульсных нейронных сетей BindsNET. Добавлена возможность работы с битреугольными импульсами и поддержка правил обучения, задаваемых заранее построенными кривыми STDP, получены кривые STDP для модели VTEAM при прохождении битреугольных импульсов для каждого значения нормированной на 1 проводимости с шагом 0.01, соответствующие различным значениям параметров, входящих в VTEAM, найдены границы областей значений параметров (по порядку величины), в которых сходимость тестовой НС воспроизводима. Параметры 𝑎𝑜𝑓𝑓 и 𝑥𝑐, входящие в оконную функцию, призванную учесть границы устройства в случае превышения положительного порога напряжения, не влияют на сходимость, в то время как другие параметры, от которых зависит производная по времени от координаты границы легированного слоя устройства, существенно влияют на сходимость.
16 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Физика наносистем
Результаты этапа: Продемонстрирована высокая эффективность генерации деформаций в кристалле LiNbO3:Fe посредством объемного фотовольтаического эффекта (ОФЭ). Данный подход имеет высокий потенциал, поскольку изменение параметров лазерного излучения, таких как мощность генерации излучения и площадь пятна засветки, позволяет управлять создаваемыми деформациями, меняя степень их локализации и выраженности. В дальнейшем планируется провести исследование на наноразмерных кристаллических пленках. При уменьшении размера кристалла скорость протекания обсуждаемых эффектов возрастает на несколько порядков, в связи с чем изучение процесса формирования фотоиндуцированных деформаций в таких объектах актуальны для направления стрейнтроники. Также планируется проведение исследования в кристаллах SrxBa1-xNb2O6 и BaTiO3, в которых также ярко проявляется ОФЭ, что позволит получить более глубокое понимание физических процессов, возникающих в нецентросимметричных кристаллах при воздействии лазерного излучения, а также улучшить разработанный в ходе работы методический подход управления и регистрации фотоиндуцированных деформаций для практического применения. Предложена и реализована методика рентгенодифракционных измерений карт обратного пространства (КОП), основанная на одновременном применении двух адаптивных элементов рентгеновской оптики (АЭРО), установленных в положениях монохроматора и анализатора. Использование предложенной методики обеспечивает даже на этапе тестирования на модельном образце выигрыш как по скорости проведения измерений (в 10-30 раз), так и по точности получаемых результатов, что делает её эффективным инструментом для исследования структурных изменений перспективных кристаллических материалов в режиме реального времени и изучения прочностных свойства образцов, например, в условиях различных внешних воздействий. Предложен новый метод реконструкции профиля сложных систем на основе Фурье синтеза с использованием алгоритма восстановления фазы. Данный метод был адаптирован для случая частично известной из флуоресцентного сигнала фазы рассеянной волны. Было показано улучшение восстановленного профиля структуры многослойного образца с использованием алгоритма восстановления с применением условия ограничения непрерывного гибридного ввода вывода. Метод был дополнительно оптимизирован путем применения дополнительного условия ограничения - условия бинаризации. Продемонстрировано, что при достаточно малом количестве известной фазовой информации можно добиться успешного восстановления структурных параметров. Реализована прецизионная схема регистрации рентгеновских спектров поглощения в мягкой рентгеновской области на экспериментальной станции НАНОФЭС КИСИ-Курчатов в НИЦ «Курчатовский институт». На канал вывода синхротронного излучения станции был установлен специализированный узел для мониторинга интенсивности излучения, разработана схема регистрации спектров рентгеновского поглощения и написан соответствующий программный код для записи спектров и первичной обработки данных. Проведенная работа значительно увеличила качество получаемых экспериментальных данных, что впервые позволило реализовать в России метод NEXAFS спектроскопии в диапазоне энергии от 25 до 1500 эВ. Методом EXAFS-спектроскопии исследована имплантация ионов 57Fe в металлический Mo и Ta. Исходя из данных, полученных для молибдена без термообработки, можно сделать вывод, что в первой координационной сфере исследуемого атома Fe в структуре неотожженного молибдена отсутствуют другие атомы железа, он присутствует в его кристаллической решетке в качестве ионов, скоплений атомов Fe не наблюдается. После термообработки атомы железа замещают атомы молибдена в его кристаллической структуре и находятся в ней в виде отдельных ионов. Для тантала отжиг в вакууме при температуре 700°С в течение двух часов вызывает заметные изменения в EXAFS-спектрах (увеличивается ширина и смещаются максимумы главных пиков), и, следовательно, в локализации атомов Fe. Атомы железа не замещают атомы тантала в его кристаллической решетке и имеют более сложную локальную атомную геометрию. Впервые методом рентгеноструктурного анализа при температурах 295 и 85 К изучены монокристаллы Nd2MoO6, легированные калием. Установлен механизм вхождения атомов калия в структуру соединения. Атомы калия частично замещают атомы неодима и находятся на расстояниях 0.40-0.42 Å от его основной позиции. Показано, что внедрение калия в структуру приводит к разупорядочению и расщеплению позиции атомов Mo. Гетеровалентное замещение атомов Nd3+ атомами K1+ приводит к уменьшению заселенности позиции кислорода О2 для сохранения электронейтральности соединения. Методом Ленгмюра-Шеффера были получены многослойные плёнки нафталоцианинов при разном поверхностном давлении. Впервые в мире получены спектры поглощения и флуоресценции изучаемых нафталоцианинов в хлороформе и от плёнок, перенесённых на подложки. Исследованы структурные основы субстратной специфичности пуриннуклеозидфосфорилазы из Thermus thermophilus методами вычислительной биологии. Результаты свидетельствуют об активных флуктуациях β-листов, которыми пронизаны субъеденицы ферментов, что может говорить о влияния на механизм катализа не только активного центра. Получены частицы карбоната кальция (КК), загруженные наночастицами оксида железа методом адсорбции из коллоидного раствора при комнатной температуре и в условиях кристаллизации водной дисперсионной среды. Колориметрическим методом определены степени загрузки частиц КК наночастицами магнетита. Для магнитных наночастиц (МНЧ) увеличение количества циклов загрузки приводит к увеличению содержания магнетита в образце. Показано, что при адсорбции при комнатной температуре МНЧ с каждым следующим циклом загружается меньшее количество магнетита за цикл, а при заморозке растворителя, напротив, увеличение количества циклов приводит к тому, что большее количество наночастиц может быть включено в микрочастицы КК за цикл. Это может быть следствием различия механизмов загрузки, которые по-разному влияют на характер поверхности частиц CaCO3. С помощью ПЭМ и СЭМ получены карты распределения элементов по частицам КК после загрузки методом кристаллизации водной дисперсионной среды. Наличие сигнала от железа является подтверждением наличия магнетита в образце после загрузки данным способом. Из анализа дифрактограмм образцов КК до и после загрузки было обнаружено, что оба метода загрузки приводят к незначительному увеличению фазы кальцита в образце, что связано с инкубированием частиц в водной суспензии наночастиц. Продемонстрировано обучение простой импульсной нейроморфной сети с 4 входами и 1 выходом с мемристивными синапсами частотно-кодированным шумовым сигналом. Установлено, что успешность обучения зависит от соотношения входных частот.
17 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Физика наносистем
Результаты этапа:
18 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Физика наносистем
Результаты этапа:
19 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Физика наносистем
Результаты этапа:
20 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Физика наносистем
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".