Учёные физического факультета Воронежского государственного университета совместно с коллегами из других стран предложили доступный и эффективный способ исследования свойств твердотельных материалов с развитой поверхностью при помощи современных методов диагностики, включая использование установок мегасаейнс. Результаты этого исследования были опубликованы 17 мая 2019 года в престижном научном журнале ScientificReports издательства Springer Nature Publishing AG. Работа велась в рамках реализации проекта научного сотрудника кафедры физики твердого тела и наноструктур физического факультета ВГУ Елены Париновой «Атомное и электронное строение новых функциональных композитных наноструктур на основе широкозонных оксидов олова и гибридных бионаноматериалов при управляемом совмещении с нитевидным кремнием», поддержанного грантом Российского научного фонда по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.
– Наше исследование доказывает, что с помощью нового взгляда на существующие методы можно добиться прорывных результатов. Методики, которые традиционно применялись как чувствительные к поверхности материалов с развитой морфологией, мы смогли использовать для изучения глубокой, объемной части материала. Это нововведение представляет интерес для исследователей, работающих в различных областях, связанных с функциональными материалами и наноструктурами. Выполненная учеными ВГУ работа показывает, что можно более широко исследовать объекты малой размерности, характеризующиеся выраженной поверхностью при помощи спектроскопических методов анализа состава и структуры на уровне, существенно превышающем глубину информативного слоя. Идея такого исследования появилась в процессе выполнения ряда экспериментов на синхротроне BESSY II, – отмечает руководитель проекта Елена Паринова.
Эксперименту сопутствовала основательная подготовительная работа, поэтому в проведении исследований принимал участие международный коллектив учёных, которые получали и предоставляли образцы материала для измерений (Д. Ермухамед из Казахского национального университета имени аль-Фараби, Т. Минг и В. Сиваков из Института фотонных технологий Ассоциации Лейбница), подготовленную инфраструктуру эксперимента (Р. Овсянников из Гельмгольц Центра Берлин, Д. Смирнов и А. Макарова из Дрезденского технического университета).
Отметим, что самое деятельное участие в проведении экспериментов на синхротронном центре в Германии, обработке и обсуждении полученных результатов принимала студентка физического факультета, лауреат именной стипендии им. М.А. Левитской, Алекандра Пислярук, которая также является соавтором работы. В августе Александра поступила в магистратуру физфака ВГУ по направлению «Физика наносистем».
– Все материалы, окружающие нас, имеют поверхность. В то же время – они имеют внутренний объем. Если мы уменьшаем размер частички, и она становится наноразмерной, то вклад её объема уменьшается, а суммарный вклад поверхности – увеличивается, – объясняет доктор физико-математических наук Сергей Турищев. – И во многих случаях свойства, которые проявляются наноматериалом или наноструктурой, обусловлены именно развитостью поверхности.
Постоянный участник экспериментов на установках мегасайенс Дмитрий Коюда добавляет:
– Для проведения нашего эксперимента мы использовали сверхвысокий вакуум или инертную атмосферу, которые сразу же после механического удаления позволили избежать естественного изменения – образования слоя оксида. Зондом в нашем эксперименте выступало излучение установки мегасаейнс. Наш эксперимент позволил объединить целый ряд манипуляций с образцом, которые прежде производились отдельно друг от друга.
Изучая с помощью нового подхода образцы кремниевых наноструктур, учёные выяснили, что контролируемое формирование массивов нитевидного кремния позволяет изменять атомное и электронное строение. А это означает, что можно управлять свойствами этих перспективных материалов, что расширяет сферу применения кремниевых нанонитей в науке, технике и технологиях.
