Кристаллография

Проведена цифровая обработка зашумленных рентгеновских дифракционных 2D-изображений (2D-РДИ) отдельного точечного дефекта в кристалле Si(111), регистрируемых на уровне дисперсии статистического гауссовского шума детектора с использованием методов фильтрации, таких как сингулярное разложение и линейное по строкам 1D-сглаживание тестовых 2D-РДИ. Оценивается и анализируется эффективность цифровой фильтрации 2D-РДИ с помощью значений контрольного параметра FOM (figure of merit) восстановления функции поля смещений точечного дефекта кулоновского типа f_h(r–r₀), (h – вектор дифракции, r₀ – радиус-вектор положения дефекта в образце). Показано, что техника фильтрации с использованием сингулярного разложения 2D-РДИ работает существенно лучше, чем метод линейного по строкам 1D-сглаживания 2D-РДИ, который, по-видимому, применительно к поставленной задаче требует дальнейших исследований по его усовершенствованию.

Построена классификация специальных межкристаллитных границ в центросимметричных кристаллах всех сингоний на основе симметрийных свойств плоских решеток. Показано, что совокупность ориентационных параметров, идентифицирующих специальные границы, определяется ориентацией плоскости, образованной совпадающими атомами контактирующих кристаллов. В отличие от границ общего типа число этих параметров равно либо двум, либо трем. Показано, что решетка совпадающих узлов бикристалла появляется только в кристаллах, имеющих оси симметрии высокого порядка. Найдены возможные разориентации контактирующих кристаллов в зависимости от симметрии кристаллографической плоскости для разных кристаллографических сингоний.

Методом рентгеновской топо-томографии на лабораторном источнике исследованы протяженные дефекты в крупных синтетических алмазах, полученных методом термического градиента при высоких статических давлениях и температурах. Показано, что основными факторами, влияющими на совершенство кристаллов, являются температура и скорость роста. Синтез при высоких температурах и низких скоростях роста позволяет получать монокристаллы с низкой плотностью дислокаций, ошибок упаковки и двойниковых прослоек. Кинетика аннигиляции планарных дефектов при отжиге при высоких давлениях свидетельствует о значительном вкладе диффузии вакансий; выявлено возникновение полных дислокаций при аннигиляции таких дефектов.

Кинетика кинков и доменных границ в квазиодномерных системах описана в рамках модели, промежуточной между моделью резких кинков и континуальной моделью упругой струны. Рассмотрены эффекты, к которым приводит дискретное строение кристаллических материалов, в том числе периодическая неоднородность энергетического рельефа для миграции кинков. В рамках наглядного приближения, использующего минимальное число внутренних переменных, рассчитана зависимость барьеров Пайерлса от движущей силы и описан переход между статическим и динамическим режимами. Теория основана на универсальной модели Френкеля–Конторовой и может быть применена к протяженным системам разнообразной природы.

Методом прецизионного рентгеноструктурного анализа исследовано строение литированных флюоритоподобных молибдатов семейства Ln₅Mo₃O_16+δ в интервале температур 20–777°С (293–1050 К). Установлены термоактивированное перераспределение ионов кислорода по базовым и межузельным позициям и обратимое изменение заселенности позиций при нагреве–охлаждении. Изучены термостабильность, ионная кислородная проводимость и диэлектрические свойства керамических образцов недопированных и Li-содержащих фаз Nd₅Mo₃O_16+δ в интервале температур 20–900°С. Результаты демонстрируют возможность управления функциональными свойствами материалов для применения в среднетемпературных твердооксидных топливных элементах.

Представлены результаты многолетней разработки нового метода температурного управления процессами зародышеобразования и роста образовавшихся кристаллов. На его основе создана аппаратура, в которой реализована возможность раздельного управления в автоматическом режиме процессами роста кристаллов белков.

Изучены эффекты памяти в магнитопластичности кристаллов NaCl с различным примесным составом. Измерены дислокационные пробеги и микротвердость кристаллов после их экспозиции в постоянном магнитном поле или в скрещенных сверхнизких магнитных полях. В двух кристаллах обнаружено заметное релаксационное перемещение дислокаций, введенных после экспозиции. В двух других кристаллах с меньшим содержанием примесей пробеги остаются на уровне фона, но в одном из них экспозиция вызывает увеличение плотности подвижных дислокаций. Аналогичная магнитная экспозиция приводит также к уменьшению микротвердости кристаллов, но в разной степени. Интерпретация наблюдений сводится к спин-зависимой трансформации в магнитном поле примесных центров, что пластифицирует кристалл. Введение дислокаций после магнитной экспозиции приводит к их релаксационным перемещениям из неустойчивых положений, а при сильно ослабленных центрах закрепления дислокации сразу занимают позиции, близкие к равновесным.

Критические явления в кубических гелимагнетиках с неэквивалентными магнитными атомами исследованы в рамках модели среднего поля Вейса. Теоретически описаны причины появления температурных зависимостей упругих модулей и шага магнитного геликоида и предсказан вид этих зависимостей, определяющих изменение условий возникновения магнитных скирмионов в мультиферроике II типа Cu₂OSeO₃.

Исследовано влияние оптической активности на линейный и циркулярный объемный фотовольтаический эффект в кристаллах без центра симметрии. Показано, что происходят смещение линейного фотовольтаического тока J^L по фазе, противоположное для правых и левых кристаллов, и изменение по модулю. Циркулярный фотовольтаический ток J^C не меняется по фазе в зависимости от величины оптической активности, но зависит от поглощения и циркулярного дихроизма. Рассчитаны зависимости тока J^L от поляризации падающего света с учетом оптической активности для правых и левых кристаллов Bi₁₂SiO₂₀, Bi₁₂GeO₂₀ и Bi₁₂TiO₂₀ (класс 23). Аналогичные расчеты J^L проведены для правых кристаллов Pb₅Ge₃O₁₁ (класс 3), La₃Ga₅SiO₁₄ с примесями Pr, Fe, Cr и Mn, Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄ (класс 32), Er(HCOO)₃⋅2H₂O (класс 222) при распространении света в направлении оптической оси. Приведены примеры величины J^C для кристаллов Pb₅Ge₃O₁₁, La₃Ga₅SiO₁₄ с примесями Co, Cr и Fe, а также α-HgS (класс 32). Показано, что учет оптической активности необходим при исследовании фоторефрактивного эффекта в кристаллах.

Проведен анализ исследований рекомбинационно-ускоренного движения дислокаций в GaN и 4H-SiC. Показано, что в обоих кристаллах при облучении низкоэнергетичным электронным пучком дислокации могут смещаться при температуре жидкого азота. Оценены энергии активации скольжения дислокаций, стимулированного облучением электронным пучком. Приведены результаты, демонстрирующие практически безактивационную миграцию двойных перегибов вдоль 30°-ной дислокации с кремниевым ядром в 4H-SiC. Показано, что на движение дислокаций в GaN как под действием сдвиговых напряжений, так и при облучении существенное влияние оказывают локализованные препятствия. Неравновесные носители заряда, введенные облучением в GaN, не только способствуют преодолению барьера Пайерлса, но и стимулируют открепление дислокаций от препятствий.

Выполнен теоретический анализ движения ансамбля краевых дислокаций в состаренном бинарном сплаве в условиях высокоэнергетических внешних воздействий. В рамках теории динамического взаимодействия дефектов получено аналитическое выражение для зависимости динамического предела текучести от плотности дислокаций. Показано, что высокая концентрация зон Гинье–Престона в состаренном бинарном сплаве приводит к возникновению минимума на полученной зависимости.

Работа посвящена проблеме повышения эффективности регистрации излучения длинноволновой части оптического спектра. Рассмотрена задача генерации второй гармоники в двумерных фотонных кристаллах на основе йодноватой кислоты с целью конверсии длинноволнового излучения в видимый диапазон для последующей регистрации с помощью традиционных кремниевых детекторов. Обсуждаются проблемы формирования двумерных фотонно-кристаллических структур для практических задач нелинейной оптики и фотоники.

Представлены результаты исследований структуры и состава поверхности и приповерхностных слоев сплава системы Mg–Y–Zn–Nd–Yb–Zr с длиннопериодной фазой после облучения наносекундными лазерными импульсами методами электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа. Показано, что в двухфазном сплаве в области матрицы α-Mg на поверхности образуется слой нанокристаллического МgO толщиной от 5 нм до сотен нанометров. Под ним формируется перекристаллизованный слой столбчатых кристаллитов толщиной ~1 мкм и латеральным размером 0.2–1 мкм с включениями кубического MgO. В области интерметаллида (фазы Mg₁₂YZn–REE типа 18R) формируется трехслойная аморфно-кристаллическая структура, которая на поверхности представляет собой аморфный слой толщиной 15–20 нм, под ним – кристаллический слой столбчатых кристаллитов толщиной 0.1–0.3 мкм и латеральными размерами 0.1–0.5 мкм, затем аморфный слой интерметаллида толщиной ~1 мкм.