Будова на атомному рівні нанорозмірних і наноструктурних металевих і вуглецевих матеріалів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОФІЗИКИ І РАДІАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 539.211:548.4

01.04.07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук

БУДОВА НА АТОМНОМУ РІВНІ НАНОРОЗМІРНИХ І НАНОСТРУКТУРНИХ МЕТАЛЕВИХ І ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ

Ксенофонтов В'ячеслав Олексійович

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України.

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор Михайловський Ігор Михайлович, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор Пугачов Анатолій Тарасович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», завідувач кафедри фізики металів і напівпровідників;

доктор фізико-математичних наук, професор Бахтізін Рауф Загидович, Башкирський державний університет Федерального агентства з освіти Російської Федерації, завідувач кафедри фізичної електроніки і нанофізики;

доктор фізико-математичних наук, професор Стоєв Петро Ілліч, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України, провідний науковий співробітник відділу чистих металів, металофізики і технології нових матеріалів. Захист відбудеться «21» березня 2011р. о 13 00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01 у Інституті електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61003, м. Харків, вул. Гамарника, 2, корпус У-3, НТУ «ХПІ», ауд. 204.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту електрофізики і радіаційних технологій НАН України за адресою: 61024, м. Харків, вул. Гуданова, 13. Відгук на автореферат дисертації надсилати на адресу: 61002, м. Харків, вул. Чернишевського, 28, а/с 8812.

Автореферат розісланий «02» лютого 2011р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 64.245.01 Пойда А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Успіхи фізики дефектів і меж поділу провідних матеріалів, досягнуті завдяки розробці нових високороздільних методів дослідження, дають можливість одержати відповіді на ряд найважливіших питань фізики твердого тіла й матеріалознавства. Такі дослідження сприяють істотному прогресу в розумінні особливостей будови металів і сплавів. Розвиток сучасних технологій у напрямку подальшої мініатюризації технічних пристроїв досяг на цей час нанорозмірного рівня. Перехід у цю область виявив фундаментальні відмінності у властивостях і поведінці нанорозмірних об'єктів. Тому експериментальні дані на атомному рівні є невід'ємною частиною досліджень, що дають змогу зв'язати структурний стан наноматеріалів з їх специфічними властивостями. Використання високопольових методів дослідження, що дають інформацію на атомному рівні, дає можливість з'ясувати атомну будову наноструктурних матеріалів: особливості тонкої структури поверхні і її модифікацій у результаті польового, термічного, механічного й радіаційного впливів, особливості будови меж зерен, міжфазних меж поділу, дефектів решітки і меж зерен, а також особливості просторового розподілу окремих елементів та інших фаз, механізми взаємодії деформаційних і радіаційних дефектів з вільною поверхнею. Залишаються невивченими закономірності поведінки в сильних електричних полях, таких перспективних об'єктів, як вуглецеві матеріали. Можливість формування моноатомних вуглецевих ланцюжків у сильних електричних полях забезпечила істотне підвищення роздільності польових емісійних мікроскопів, що підкреслює актуальність даної роботи й перспективність використання високопольових методів для дослідження нанорозмірних і наноструктурних матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувалися по темі ДНТП «Розробка та створення комплексу приладів для вивчення та діагностики поверхні металевих систем на атомному рівні», №3732, 1992-1994р., у якій дисертант був керівником, по програмі ДКНТ «Дослідження нерівноважних шарів конструкційних матеріалів ядерних і термоядерних пристроїв в умовах радіаційного й механікотермічного впливу» (номер держреєстрації 0194U025313, 1992-1995 рр.), по «Програмі робіт з атомної науки і техніки Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» на 1993-2000 рр. (Постанова Кабінету Міністрів України 08.05-КМ/03-93), по програмі АНТ ННЦ «ХФТІ» НАН України «Дослідження тонкої структури поверхонь розділу та їх ролі у формуванні механічних характеристик наноструктурованих кришталевих та аморфних матеріалів», №080901UP0009, 2003-2005 рр., за проектом Науково-Технологічного центру в Україні «Розробка високопольової нанотехнології обробки поверхні металів при низьких температурах» №1804, 2001-2004 рр., по програмі АНТ ННЦ «ХФТІ» НАН України «Дослідження взаємозв'язку структури, сформованої із застосуванням інтенсивних пластичних деформацій і конденсації при кріогенних температурах, ультразвукових, термічних і магнітних дій, і фізико-механічних властивостей металів, сплавів і сполук, перспективних для використання в атомній енергетиці», шифр теми III-5-06 (ІФТТМТ), 2006-2010р.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є вирішення проблеми визначення на атомному рівні будови нанорозмірних і наноструктурних металевих і вуглецевих матеріалів а також визначення фізичних механізмів модифікації їх атомної структури та мікротопографії.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі:

розробити комплекс високопольових методик визначення фізичних величин, що характеризують атомну структуру, енергетичні і емісійні характеристики нанорозмірних та наноструктурних матеріалів;

дослідити фізичні причини руйнування вістрійних зразків під дією високих електростатичних полів;

дослідити закономірності польового випаровування металів з різним типом кристалічної решітки у високому вакуумі та сформулювати модель польового випаровування з урахуванням анізотропії енергії випаровування;

дослідити вплив активних газів на процеси випаровування в сильних електричних полях і формування польових іонних зображень нанорозмірних металів і сплавів;

дослідити особливості наноструктури надпровідних матеріалів, що визначають їх критичні параметри;

провести комплексні дослідження вуглецевих і піровуглецевих нановолокон методами польової іонної мікроскопії і мас-спектроскопії: встановити морфологію й емісійні характеристики нанорозмірних вуглецевих утворень; фізичний атомний нанорозмірний мікротопографія

обґрунтувати фізичні аспекти високороздільної польової емісійної іонної й електронної мікроскопії одномірних нанооб'єктів і розробити високопольовий метод формування лінійних вуглецевих моноатомних ланцюжків - нового класу наноструктурних об'єктів;

встановити на атомному рівні особливості будови лінійних і планарних дефектів у металах, а також формування регулярних двовимірних наноструктур на межах зерен.

Об'єктом дослідження є атомна будова нанорозмірних і наноструктурних матеріалів і об'єктів, а також процеси автоемісії, випаровування та деформації нанооб'єктів у надсильних електричних полях.

Предметом дослідження є структура вільних поверхонь, меж зерен, двійників і фаз у нанорозмірних і наноструктурних металевих та вуглецевих матеріалах, а також фізичні механізми польових емісійних явищ на поверхні нанооб'єктів.

Методи досліджень. Для виявлення особливостей наноструктури використовувалися методи високороздільної емісійної польової іонної й електронної мікроскопії, низькопольової іонної мікроскопії, польової час-пролітної мас-спектрометрії, комбінованої іонної й електронної мікроскопії, високороздільної скануючої електронної мікроскопії та математичного моделювання польових іонних зображень наноструктурних об'єктів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що в ній:

Розроблено новий підхід до розгляду експериментальних мас-спектрометричних даних випаровування провідних нанорозмірних об'єктів, що базується на детальному аналізі енергетичного спектра випаровування поліатомних кластерів і математичному моделюванні конфігурацій нанорозмірних електродів при розв'язуванні траєкторних задач для неоднорідних надсильних електричних полів.

Уперше розроблена фізична модель польового випаровування, що дала можливість описати анізотропію польового випаровування та регіональний розподіл яскравості іонно-мікроскопічних зображень металів і сплавів з різним типом кристалічної решітки.

Установлено визначальну роль процесів формування катодної плазми і її поширення в процесах механічного руйнування нанооб'єктів у надсильних електричних полях.

Показано, що особливості будови високотемпературних надпровідників YBа2Cu3О7-x, які виявлені у вигляді нановключень окислів міді та протяжних нанодоменів, є порівнянними по розміру з довжиною когерентності. Така відповідність дає можливість розглядати дані особливості будови як ефективні центри пінінгу.

Установлено особливості структурного стану сполуки Nd2CuO4 у вигляді протяжних дефектів пакування, які разом з дислокаціями утворюють у матеріалі блокову структуру з незамкнутими осередками, а також нановключень з тонкими міжфазними межами.

Параметри виявлених в в-фазі сплаву Nb-Ti наномасштабних градієнтів концентрації окремих компонентів дають можливість розглядати такі особливості як центри пінінгу.

Уперше одержано пряме підтвердження наявності каналу в піровуглецевому волокні, що визначає трубчастий характер будови волокна. Аналіз спектрів випаровування нановолокна показав, що структура фаз вуглецю в каналі і стінках істотно різниться.

Виявлено явище зміцнення вуглецевих нановістрій у процесі їх пластичної деформації при екстремальних механічних навантаженнях, що створюються силами електричного поля.

Виявлено порушення чергування пента- і гексагональних кілець куполів субнанометрових вуглецевих трубок, одержаних методом газофазного каталітичного піролізу, що свідчить про істотну нерівноважність будови куполів.

Уперше, шляхом комбінації методів польової іонної мікроскопії і мас-спектроскопії, показана можливість формування лінійних вуглецевих моноатомних ланцюжків за рахунок високопольового анравелінгу. Визначено емісійні характеристики й механічну стійкість таких нанооб'єктів.

Виявлено закономірності польової іонної емісії металів і сплавів у присутності парів води, що дало можливість створити й фізично обґрунтувати новий, низькопольовий напрямок розвитку іонної мікроскопії. Розроблено методику експерименту, що забезпечує проведення повної кристалографічної паспортизації меж зерен і потрійних стиків, а також включає визначення варіацій двогранних кутів потрійних стиків, розмірів і конфігурацію зерен та їх взаємну розорієнтацію. Запропоновано нові способи польової обробки з використанням парів води, що дають можливість керувати конфігурацією робочої поверхні мікроінструмента й формувати нанорозмірні поверхневі структури.

На ангстремному і субангстремному рівнях визначено ряд кристалографічних параметрів лінійних і планарних дефектів. На некогерентній симетричній двійниковій межі у вольфрамі виявлено існування наношару щ-фази.

Практичне значення одержаних результатів.

Експериментальні результати, одержані в дисертаційній роботі, використовуються в сучасному фізичному матеріалознавстві при теоретичних розробках нових багаточасткових потенціалів міжатомної взаємодії.

Результати досліджень фізичних явищ на поверхні металів, сплавів і вуглецевих матеріалів, служать основою для розробки практичних рекомендацій зі створення й високопольової обробки нанооб'єктів. Встановлені в роботі фізичні закономірності формування поверхні в сильних електричних полях дали можливість вирішити ряд прикладних завдань:

створити методику низькопольової іонної мікроскопії, що забезпечує проведення повної кристалографічної паспортизації меж зерен і потрійних стиків зерен дрібнокристалічних матеріалів. Створена методика низькопольової іонної мікроскопії була використана для об'ємної (3D) металографії;

формувати атомні ланцюжки (квантові дроти) високопольовими методиками, що дає перспективу використання лінійних моноатомних вуглецевих об'єктів у високих технологіях;

створити комплекс нанотехнологій виготовлення польових емітерів з локалізованою емісією й мікрозондів для сканувальних тунельних мікроскопів;

визначити наномасштабні елементи будови надпровідників другого роду, що забезпечують пінінг магнітного потоку й визначають струмонесучу здатність.

Особистий внесок здобувача. Автор брав безпосередню участь у підготовці і проведенні всіх експериментальних досліджень, результати яких покладені в основу дисертації, здійснював постановку задачі, обробку й інтерпретацію одержаних експериментальних даних, формулював висновки та брав активну участь у підготовці матеріалів до опублікування.

Здобувачем виявлені закономірності польової іонної емісії металів і сплавів у присутності парів води, що дало фізичне обґрунтування створення нової методики низькопольової іонної мікроскопії; обґрунтовані і запропоновані нові способи польової обробки мікроінструмента; визначені наномасштабні елементи будови надпровідників другого роду; запропоновано новий підхід до обґрунтування механічного руйнування нанорозмірної частини вістрійних зразків силами електричного поля; показана можливість формування моноатомних вуглецевих ланцюжків; визначено емісійні характеристики й механічну стійкість вуглецевих нанооб'єктів; на ангстремному і субангстремному рівнях визначено ряд кристалографічних параметрів лінійних і планарних дефектів у вольфрамі.

Усі результати, викладені в дисертації, одержані автором особисто або разом з іншими співробітниками лабораторії з його визначальною участю. Автором дисертації був проведений аналіз наукової літератури, сформульовані мета і завдання досліджень. Здобувач виконував обробку більшості одержаних результатів, здійснював їх аналіз, інтерпретацію й узагальнення, а також брав участь у підготовці матеріалів до опублікування. У дисертації, з написаних у співавторстві робіт, включені тільки результати, одержані автором дисертації.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися й обговорювалися на таких конференціях: «Межотраслевое совещание по полевой эмиссионной микроскопии» (Харьков, 1989); «Ш Всесоюзное совещание по ВТСП» (Харьков, 1991); “40rd International Field Emission Symposium” (Nagoya, Japan, 1993); International Conference NANOMITING-95 (Minsk, Belarus, 1995); “43rd International Field Emission Symposium” (Moscow, Russia, 1996); Межотраслевой семинар “Вакуумная металлизация” (Харьков, 1996); 47rd International Field Emission Symposium (Berlin, Germany, 2001); 15 Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Крым, 2002); XVI Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, 2004); Международная конференция «Современное материаловедение: достижения и проблемы» (Киев, Украина, 2005); 7-й Международная конференция «Фізичні явища в твердих тілах» (Харків, 2005); 7-й Международная конференция «Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов» (Харьков, 2006); Международная конференция «Физика конденсированного состояния вещества при низких температурах» (Харьков, 2006); Workshop “From Science to Business” (Kyiv, 2006); Kharkov nanotechnology assembly (Kharkov, 2007); Научная конференция «Нанорозмірні системи. Будова-властивості-технології» (Киев, 2007); XVIII Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, 2008); 9-й Международная конференция «Фізичні явища в твердих тілах» (Харків, 2009); ХIХ Международная конференция по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, 2010); II Международной научной конференции «Наноструктурные материалы - 2010: Беларусь, Россия, Украина» (Киев, 2010).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 59 наукових праць: 31 стаття в спеціалізованих наукових журналах, 3 патенти України на корисні моделі, 25 публікацій у працях і збірках тез міжнародних конференцій та окремому виданні.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, семи розділів основного тексту із 107 рисунками, 1 таблицею, висновків і списку використаної літератури, що включає 277 найменувань. Робота представлена на 307 сторінках (включаючи рисунки, таблиці й список використаної літератури).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми дисертації, сформульовано мету і задачі досліджень, показаний зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами ННЦ «ХФТІ» НАН України. Викладено наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів, повідомлено про апробацію роботи і про публікації за темою дисертації.

У першому розділі «Високопольові методи дослідження (Літературний огляд)», що складається із трьох частин, проведено аналіз результатів польових іонно-мікроскопічних досліджень і математичного моделювання атомної структури металів і сплавів, детально розглядаються аномальне низькотемпературне польове випаровування і сучасні мас-спектрометричні польові методи дослідження.

Наведені дані характеризують польові дослідження як методику, що дає можливість одержувати відомості про:

атомну структуру дефектів решітки і меж розділу у твердих тілах;

зміни структури меж зерен під дією іонного бомбардування, пов'язані з міжзеренною адсорбцією точкових дефектів;

експериментальну міцність бездефектних металів, сплавів і сполук, що на даний час є основою порівняльного аналізу експериментальних і теоретичних значень міцності, одержаних методами, що базуються на послідовному квантово-механічному розгляді.

За допомогою іонної мікроскопії були виявлені практично всі відомі до теперішнього часу елементи структури меж зерен. Цей метод вніс вирішальний вклад у формування уявлень про будову і тонку структуру меж зерен у металах.

Фізичні основи польового формування поверхні металів дали можливість розв'язати ряд прикладних задач: створити польові емітери з локалізованою емісією, мікрозонди для сканувальних тунельних мікроскопів і мікрохірургічні інструменти нового покоління з атомно-гладкою різально-колючою кромкою.

Аномальне низькотемпературне польове випаровування розглядається з погляду будови атомно-гладкої поверхні, сформованої польовим випаровуванням. Виявлене кілька років тому некінкове випаровування атомів зі ступенів граней, що містять щільноупаковані ряди <111> ОЦК структури вольфраму, може приводити до формування нових поверхневих атомних структур.

Мас-спектрометричні польові методи дослідження останнім часом представлені тривимірним атомним зондом, у якому хімічна природа атомів аналізується часопролітним мас-спектрометром, а їх просторовий розподіл визначається за допомогою позиційно-чутливого детектора. Тривимірний атомний зонд на цей час є єдиним пристроєм, що забезпечує в оптимальних режимах практично повне визначення положень атомів у кристалічній решітки досліджуваного матеріалу й установлення їх хімічної природи. Одним з найбільш перспективних напрямків використання методу тривимірного атомного зондування є кількісний і просторовий аналіз на атомному рівні хімічного складу меж зерен і фаз у матеріалах ядерних реакторів і нанотехнологічних пристроях.

У другому розділі «Апаратура і методика іонно-мікроскопічних досліджень» наведені апаратура, методика польових досліджень а також особливості математичного моделювання іонно-мікроскопічних зображень, використаних при виконанні дисертаційної роботи.

Для одержання інформації про структуру нанокристалів на атомному рівні застосовували польові іонні мікроскопи, які дають можливість проводити дослідження при температурах в інтервалі від 4,2 К до кімнатних. Зміна зразків без порушень вакуумних і температурних умов шляхом шлюзування становить ~ 5 хвилин, що забезпечує можливість проведення достатньої кількості експериментів для одержання статистично обґрунтованих результатів. Охолодження вістрійних зразків тугоплавких металів і сплавів до криогенних температур забезпечувало граничну роздільність 0,27 нм. Для визначення тонкої структури використовувалася методика непрямого збільшення, що дає можливість реєструвати нормальний до поверхні зсув атомів, значно менше номінальної роздільності низькотемпературного польового іонного мікроскопа.

У процесі виконання роботи розроблені й виготовлені прилади й пристрої, необхідні для низькотемпературного випаровування поверхні металів в електричних полях напруженістю 10ч100 В/нм. Ці прилади дають можливість проводити обробку зразків на місці: опромінення частками, випаровування, відпал, загартування, а також пряме спостереження за станом оброблюваних об'єктів за допомогою мікропірометра або оптичного мікроскопа. Пристрій дає можливість проводити експерименти по польовому випаровуванню, стимульованому активними газами, і використовується для високопольової обробки поверхні атомних зондів, мікрохірургічних інструментів і автоемітерів. У пристрої реалізована можливість вимірювання інтегральних іонних струмів як центральної частини зображень, обмежених кутом ~ 30є, так і всього зображення за рахунок зміни відстані між зразком і екраном. Описано режими роботи низькопольового іонного мікроскопа, за допомогою якого вперше одержано іонно-мікроскопічне зображення, що виникає при польовому травленні матеріалу під дією парів води при кімнатній температурі. Іонно-мікроскопічні зображення, що виникають при польовому травленні матеріалу під дією парів води, можна використовувати для реєстрації просторового розподілу меж зерен і визначення кутів взаємної розорієнтації.

Двохімпульсний польовий мікроаналізатор, що використовувався при виконанні даної роботи, має ряд обмежень, у порівнянні з тривимірним атомним зондом, однак має переваги, які не можуть бути реалізовані в тривимірному атомному зонді. Одна з них - вимірювання амплітуди сигналів іонів, що реєструються, (у таймерах тривимірного атомного зонда рахунок іде по передньому фронту імпульсу, що аналізується) яка, залежно від кількості іонів, що прийшли, може різнитися на 2 і більше порядки. Реєстрація іонів за допомогою осцилографа дає змогу у більших межах визначати амплітуду сигналів, яку можна зв'язати з кількістю іонів які реєструються, що особливо важливо при інтенсивному (вибуховому) польовому випаровуванні.

Як об'єкти іонно-мікроскопічних досліджень використовувалися нанорозмірні тугоплавкі метали і сплави (вольфрам, ніобій, іридій, цирконій, вольфрам-реній, ніобій-титан, ніхром, німонік РЕ-16), металокерамічні сполуки YBaCuО і Nd2CuO4, а також різні вуглецеві наноматеріали. Вістрійні зразки, необхідні для проведення польових досліджень, виготовляли методом електрохімічного полірування дротових заготівок, або, для керамічних матеріалів, методом сколення та вибору під оптичним мікроскопом вістрійних часток з наступним кріпленням до підтримуючого дроту провідною епоксидною смолою. Для порівняльного аналізу всі експерименти з вивчення дефектної структури супроводжувалися математичним моделюванням іонно-мікроскопічних зображень з використанням моделі тонких оболонок. Наведено короткий опис методу комп'ютерного моделювання польових іонно-мікроскопічних зображень і методики кристалографічної паспортизації досліджених бікристалів, з одержанням всіх елементів матриці повороту.

У третьому розділі «Особливості досліджень поверхні на атомному рівні» містяться результати досліджень, які необхідні для розгляду закономірностей формування польових іонно-мікроскопічних зображень і використання в процесах високопольової обробки поверхні. Рекомбінаційна модель розглядає польове випаровування як процес, контрольований бар'єром, що виникає при суперпозиції потенційної енергії, створеною полем - neEx, енергії сил зображення (ne)2/4x і пружних сил. У рамках запропонованої моделі випаровування, іони що утворюються із зарядом n ? V, де V - валентність металу в найбільш стійких сполуках з киснем, розглядаються як продукти рекомбінації V - кратно іонізованих випарених атомів. Порівняння максимальних значень зарядності іонів nmax (максимальне значення зарядності іонів, які спостерігаються у мас-спектрометрі), з валентністю V, що проявляється металами в найбільш стійких сполуках з киснем, виявляє кореляцію між nmax і V по всьому інтервалу валентностей 6 ? V ? 1, що вказує на справедливість рекомбінаційної моделі низькотемпературного випаровування.

Руйнування вістрійних зразків під дією високих електричних полів - одна із самих серйозних проблем для польової іонної мікроскопії і мас-спектрометрії, атомно-зондової томографії, імпульсної польової десорбційної мас-спектрометрії, газових польових іонних джерел, високопольової нанотехнології обробки поверхонь. Механізм вакуумного пробою, що супроводжує руйнування вістрійних зразків у діодах з вістрійними анодами, залишався неясним дотепер. Для пояснення руйнування зразків у високому електричному полі, запропонований новий підхід, у якому передній фронт катодної плазми, що формується, розглядається як динамічна конденсаторна пластина, що характеризується високою швидкістю поширення у напрямі анода і приводить до аномального збільшення напруженості поля на вістрійному зразку (рис.1). Виникаюче зростання напруженості поля супроводжується відповідним квадратичним ростом механічних напружень. Математичні розрахунки й проведені експерименти показали, що, ектонний механізм формування плазмових факелів і розширення плазмових факелів відповідають за механічне руйнування та оплавлення нано- і мікроемітерів.

Можливість одержання граничної густини автоелектронного струму на поверхневих мікровиступах зазвичай пов'язують з наявністю особливо сприятливих умов для відводу джоулевої енергії і тепла Ноттингама до об'ємних ділянок катода.

Одержання густини струму на катоді на рівні 1010 А/см2, що продемонстрував Г.Н. Фурсей і спів., не може бути пояснене в рамках класичної моделі теплопровідності. У термінах класичної теорії розглянутий ефект можна описати як локальне підвищення коефіцієнта теплопровідності поблизу мікровиступу, викликане розсіюванням надлишкової енергії електронів в об'ємі, що значно перевищує розміри мікровиступів. При типових конфігураціях мікровиступів на поверхні автоемітерів цей ефект може збільшити тепловідведення на два-три порядки, забезпечуючи при цьому високу локальну густину струму емісії з мікровиступу.

Особливості низькотемпературного польового випаровування металів проявляються у формуванні специфічного огранювання поверхні під впливом сильних електричних полів. Цей ефект значною мірою контролює розподіл польової іонної емісії по поверхні емітера і є одним з основних факторів, що обмежують використання явища польового випаровування у високопольовій нанотехнології. Анізотропія випаровування нанорозмірних кристалів у сильних електричних полях, через відсутність відповідних моделей, не враховувалася при математичному моделюванні і кількісній розшифровці іонно-мікроскопічних зображень поверхні металів. Проведені дослідження низькотемпературного польового випаровування вольфраму та іридію показали, що регіональний розподіл яскравості іонно-мікроскопічних зображень, що відображує анізотропію низькотемпературного польового випаровування, відповідає конфігурації багатогранників, сформованих щільноупакованими кристалографічними гранями для ОЦК і ГЦК структур.

Спостереження за прямим виходом міжвузельних атомів з об'єму на поверхню дали можливість виявити ефект істотного зниження напруженості поля, що випаровує, для міжвузельних атомів, які виходять, і це обумовлено виділенням енергії створення при виході їх на поверхню. Сам процес утворення первинних радіаційних порушень досліджувався безпосередньо в камері мікроскопа при опроміненні вольфрамових зразків прискореними атомами гелію з енергією 5ч10 кеВ. Така можливість пов'язана з формуванням збуджених станів міжвузлових атомів, які виходять на поверхню. У цьому випадку передбачається, що, після подолання останнього поверхневого бар'єра, міжвузловий атом потрапляє в приповерхневу потенційну яму з тією ж енергією, що й до виходу. Спостереження міжвузлових атомів, що вийшли на поверхню в полі кращого зображення відповідає ситуації, коли енергія збудженого стану недостатня для подолання вихідного міжвузлового атома поверхневого бар'єра. При більш високих напруженостях поля, в умовах зниження висоти бар'єра, енергії збудженого стану досить для польового випаровування. У цьому випадку міжвузлові атоми не спостерігаються. Варіюючи висоту бар'єра зміною напруженості поля, експериментально можна визначити енергію утворення міжвузлових атомів у вольфрамі.

Мініатюризація об'єктів, які застосовуються у мікроелектроніці, приладобудуванні, високих технологіях, вимагає створення пристроїв, що використовують джерела іонів і електронів з локалізованою емісією. Автоемісійні джерела характеризуються більшою густиною струму, монохроматичністю пучка та високим ступенем локалізації емісії. Польове формування нановістрій з метою створення емісійних джерел, як правило, пов'язане з великою імовірністю руйнування зразків у процесі такої обробки. У проведених дослідженнях використовувався ефект стимульованого польового випаровування матеріалів у присутності парів води, що приводить до формування вістрійних об'єктів в умовах низької напруженості поля та виключає руйнування. Використання цього явища дає можливість згладжувати поверхню й загострювати емітери, формуючи на вершині одиничний нановиступ геометрично правильної форми з локальним радіусом кривизни 1 нм. Явище стимульованого польового випаровування може також застосовуватися для формування багатовістрійних систем, забезпечуючи при цьому високу однорідність іонної й електронної емісії, а також досягнення порівняно більших інтегральних струмів.

У четвертому розділі «Будова і дефектна структура надпровідних сполук» приводяться результати досліджень на атомному рівні будови надпровідних сполук і визначення їх фізико-механічних властивостей.

Надпровідна ітрієва кераміка на цей час є матеріалом, на якому робляться спроби побудови фізичних моделей і механізмів для з'ясування природи високотемпературної надпровідності. Така кераміка характеризується дуже високою структурною анізотропією й, відповідно, анізотропією фізичних властивостей. Дотепер не сформульовані адекватні погляди на природу центрів пінінгу, тому оптимізація струмонесучої здатності технічних ВТНП-матеріалів здійснюється переважно емпіричним методом.

При виконанні даної роботи в кристалічній структурі високотемпературних надпровідників YBа2Сu3O7-х виявлені планарні дефекти, що розділяють по-різному орієнтовані області кристалу, а також лінійні зерномежеві дефекти ротаційного типу, що є центрами пружного збурення ґратки. Обидва види дефектів можуть впливати на надпровідні характеристики матеріалу. Досліджено фазовий склад ітрієвої кераміки на атомному рівні. Пошаровий аналіз, виконаний методом контрольованого польового випаровування, виявив у матеріалі наявність мікронеоднорідностей розміром 2-4 нм, концентрація яких в окремих зразках досягала 2·1018см-3. Мас-спектрометричні дослідження дали можливість виявити області з помітно різними спектрами польового випаровування. Стандартні спектри випаровування кераміки були представлені іонами O+, Cu2+, Y2+ або Ba3+. Однак у процесі пошарового випаровування виявлялися окремі ділянки, спектр випаровування яких представлений лише іонами O+ і Cu2+. Їх розмір по глибині становить кілька атомних шарів. Мікроскопічно виявлені два типи особливостей будови кераміки YBa2Cu3O7-x: мікроскопічні включення окислів міді й протяжні, орієнтовані нормально площинам (001), нанодомени. Аналіз зображень показав, що межі нанодоменів не є кращими стоками для крапкових дефектів: на них відсутні кластери крапкових дефектів і виділення других фаз. Характерні лінійні розміри виявлених фаз значно менше середніх товщин двійників і порівняні з довжиною когерентності, що надає право розглядати їх у моделях змішаного стану як ефективні центри пінінгу.

При формуванні польовим випаровуванням атомногладкої поверхні мікрокристалів YВа2Сu307-х виявлено, що більшість зразків руйнується в процесі польового випаровування. Як видно з рис.2, імовірність руйнування різко збільшується по досягненню діаметра ~ 30 нм. Іонно-мікроскопічні спостереження зразків до та після руйнування показали, що в об'ємі монокристалів дислокації практично були відсутні. Таким чином, на відміну від ситуації для металів, імовірність руйнування не пов'язана з особливостями дислокаційної структури в субмікронному діапазоні розмірів.

Сполука Nd2CuO4, як модельний матеріал, виявилася унікальним об'єктом для польової іонної мікроскопії в порівнянні з раніше дослідженими металооксидними сполуками. Порівняльна простота кристалічної структури дала можливість однозначно визначити сорт атомів, які формують іонні зображення. Остання обставина значно полегшила інтерпретацію виявлених структурних дефектів у сполуці Nd2CuO4. На рис.3 представлені зображення, що демонструють злиття дислокацій у процесі польового випару Nd2CuO4: а) - часткова дислокація з дефектом упаковки і ізольована дислокація до реакції, б) - вид дефекту після злиття дислокацій. Дослідження виявили протяжні, локалізовані двовимірні дефекти, які спостерігаються у вигляді тонких темних смуг. Середня відстань між дефектами в різних зразках змінювалася від 10 до 100 нм. Також були виявлені планарні дефекти, що лежать у площині (001). На зображенні такий дефект спостерігався у вигляді темного кільця, що свідчить про наявність канавки травлення. Протяжні дефекти упаковки разом з дислокаціями утворять у матеріалі блокову структуру з незамкнутими осередками. Осередки розорієнтовані на кути менш 1° і зміщені один відносно іншого на частину параметра решітки. Виникнення подібної структури, очевидно, є наслідком низьких значень енергії дефектів упаковки. Пошарове випаровування зразків Nd2CuO4 дало можливість виявити нановключення, що проявляються на зображенні у вигляді областей зниженої яскравості, з тонкими міжфазними межами. Товщина меж була порівняна з міжатомною відстанню. Розмір включень становив 20-70 нм.

Сплав ніобій-титан протягом більше тридцяти років займає особливе положення у фізиці і техніці прикладної надпровідності. Використання комбінованого методу польової іонної й електронної мікроскопії дало можливість одержати детальну інформацію про просторовий розподіл елементів у надпровідному сплаві ніобій - титан. Виявлені варіації концентрації елементів у матриці на мезоскопічному рівні і показано, що вони істотно перевершують технологічні неоднорідності хімічного складу сплаву, а також наномасштабні неоднорідності будови надпровідної в-фази. Мас-спектрометрично, за допомогою атомного зонда високої роздільності, не виявлено на атомному рівні тенденції до утворення кластерів атомів титану. На рис.4 представлений розподіл ниткоподібних виділень, збагачених ніобієм, по усереднених діаметрах поперечного перерізу в сплаві Nb-Ti. Найбільше число виділень має поперечні розміри в інтервалі 1,5 -4,5 нм; максимум розподілу перебуває поблизу 2,5 нм. Одержані результати дали змогу значно конкретизувати розвинені представлення щодо природи струмонесучої здатності надпровідних сплавів ніобій - титан і дали можливість коректувати технологічні процеси виготовлення надпровідників на основі Nb-Ti.

У п'ятому розділі «Будова і властивості вуглецевих матеріалів» розглядаються різні вуглецеві матеріали: їх будова, формування поверхні на атомному рівні і механічні властивості при навантаженні пондеромоторними силами електричного поля.

Уперше на атомному рівні показана наявність каналу у піровуглецевому трубчастому волокні, одержаному шляхом піролітичного розкладання метану на дисперсних частках нікелю. Мас-спектрометричні дослідження польового випаровування показали, що структура фаз вуглецю в каналі та стінках трубки помітно різниться за станом іонів: канал насичений воднем і вуглець представлений іонами ЗС++, а стінка випаровується у вигляді іонів ЗС++, 2С+, ЗС+, 5С+.

Мас-спектрометрично вивчено польове випаровування різних типів вуглецевих волокон які використовуються в якості автокатодів: вуглецеві поліакрилонітрильні волокна (ПАН УВ) з різними температурами попереднього промислового термічного відпалу, волокна типу ровилон і вуса пірографіту. Це дало можливість розвивати сучасні уявлення про структурні особливості будови вуглецевих матеріалів і технологію одержання наноматеріалів з необхідними властивостями для ефективних автокатодів.

Експериментально встановлено міцність вуглецевих волокон, одержаних каталітичним газофазним осадженням, із застосуванням методу навантаження вістрійних зразків сильними електричними полями. Межа міцності відповідала 16.69 ГПа. Розрахунки, виконані H. Li і ін. (2008 р.) методом молекулярної динаміки, показали, що максимальне напруження, що витримують вуглецеві нанодроти до їх перетворення в атомні ланцюжки, становить 16.65 ГПа. Така відповідність теоретичних і експериментальних даних свідчить про перспективність застосування високопольового методу механічного напруження для експериментального визначення характеристик міцності вуглецевих наноматеріалів.

Вивчення вуглецевих нанотрубок при низьких температурах, близьких до температури рідкого гелію, показало, що роздільна здатність польового іонного мікроскопа з радіусом нанотрубок ~1 нм становить ~ 0.13 нм (рис.5), що приблизно відповідає радіусу д0 атома зображального газу, і практично не залежить від температури (для Т ? 300 К). На куполах п'яти досліджених субнанометрових вуглецевих трубок спостерігалося домінування гексагональних кілець. Пента- і гептагональні кільця виявлялися лише поблизу ділянок сполучення нанотрубок із циліндричною (конічною) частиною зразка, на яких різко падав контраст зображень, що утрудняло аналіз їх конфігурацій. Підвищення напруги на зразку з метою прояву периферійних ділянок зображення приводило до зниження чіткості іонної мікрокартини. Виявлене порушення чергування пента- і гексагональних кілець куполів нанотрубок (рис.6) свідчить про істотну нерівноважність будови куполів субнанометрових вуглецевих трубок, одержаних методом газофазного каталітичного піролізу.

На основі наноструктурованих вуглецевих матеріалів було виготовлено багатоемітерне польове джерело іонів, за допомогою якого було встановлено, що в області низьких напруженостей поля повний струм обмежується швидкістю іонізації атомів гелію при зіткненні їх з поверхнею емітерів. При напруженостях поля вище поля кращого зображення швидкість польової іонізації досить висока для того, щоб іонізувати практично всі атоми гелію, які захоплені поляризаційними силами. Повільне збільшення струму на цій ділянці пов'язано зі збільшенням області захоплення поляризованих атомів інертного газу в неоднорідному електричному полі. Порівняно низька польова чутливість швидкості іонізації в області сильних полів указує на те, що повний іонний струм обмежується надходженням атомів гелію з газової фази. Це свідчить про ефективність вирівнювання напруженості поля над мікровиступами в процесі формування поверхні джерела.

Показана можливість виготовлення атомних квантових вуглецевих ланцюжків у камері польового іонного мікроскопа в умовах сильних електричних полів. Процес виникнення атомних ланцюжків на поверхні вуглеграфітових матеріалів аналогічний процесу, запропонованому для відкритих нанотрубок - анравелінгу (рис.7). З метою вивчення кінетики утворення ланцюжків із краю графена було проведене моделювання процесу анравелінга методом молекулярної динаміки. Показано, що подовження ланцюжків відбувається за рахунок розриву зв'язку, спрямованого по нормалі до краю графена в конфігурації «зиґзаґ», і наступної переорієнтації двох інших зв'язків уздовж прикладеного поля. Причиною розриву зв'язку є механічне напруження пондеромоторними силами електричного поля. Виникаюча при цьому поляризація й наведений надлишковий заряд, локалізований на вершині, створюють у ланцюжку осьове навантаження 3.5 - 5.2 нН, що забезпечує руйнування одного зі зв'язків, сприяючи витягуванню ланцюжка по механізму анравелінга. Визначено характеристики й механічні властивості таких об'єктів. Уперше здійснена візуалізація квантових осциляцій атомного ланцюжка з використанням польової іонної мікроскопії надвисокої роздільності.

Одержано польові іонно-мікроскопічні зображення одноатомних вуглецевих ланцюжків поблизу основного квантового стану. Квантові коливання із частотою, пропорційною електричному полю, були виявлені й проаналізовані з латеральною роздільністю у субангстремному діапазоні. Електричні поля вище 10 В/нм можуть використовуватися для контролю поперечних коливань атомних ланцюжків у терагерцевому спектральному діапазоні.

Уперше одержано вольт-амперні характеристики польового джерела електронів, що характеризується емісією від одиничного атома. Емісія, одержана з кінцевого атома моноатомного вуглецевого ланцюжка (рис.8) при температурі рідкого гелію, характеризується постійністю площі емісії в широкому діапазоні напруженості поля. Залежність демонструє хорошу відповідність до теорії Фаулера-Нордгейма.

У шостому розділі «Низькопольова іонна мікроскопія ультрадрібнокристалічних структур» представлені результати досліджень із використанням розробленого методу польової іонної мікроскопії в присутності парів води при кімнатній температурі. Уперше вплив води розглядається з позиції можливості формування іонно-мікроскопічних зображень. З'ясовано основні механізми формування іонних зображень у даних умовах. Порогове значення напруженості поля для появи іонної емісії в присутності парів води становить 0.4 В/нм, що майже на два порядки нижче поля іонізації інертних газів (20ч40) В/нм. Внаслідок того, що зображення формується потоками матеріалу, що випаровується, і продуктами хімічних реакцій, що протікають на поверхні металу, даний режим є динамічним і супроводжується безперервним збільшенням радіуса вершини вістрійного зразка. Визначено режими для іонно-мікроскопічного вивчення зразків мікронних розмірів у присутності парів води: режими «динамічної» і «хрестоподібної» зон (рис.9). Послідовні збільшення й зниження напруги на зразку зворотно міняють тип одержуваних зображень. Роздільна здатність визначена експериментально для динамічної зони й дорівнює ~ 50 нм. Для режиму хрестоподібної зони роздільна здатність становить ~ 7 нм і відповідає обчисленій роздільній здатності польового іонного мікроскопа при кімнатній температурі. Збільшення в режимах динамічних і хрестоподібних зон ~104.

Процес формування зображень у парах води відбувається при постійному випаровуванні зразка уздовж осі зі швидкістю ~ 20 нм/с. Іонно-мікроскопічні зображення в режимах динамічної й хрестоподібної зон подають взаємодоповнюючу інформацію при вивченні зерномежової структури.

На рис.10 представлена залежність двогранних кутів потрійного стику зерен із кроком близько 100 нм, яка одержана при випаровуванні на глибину 3.5 мкм. Побудувати подібну залежність іншими експериментальними методиками на даний час не виявляється можливим. Такі дослідження на зразках мікронних розмірів дають змогу одержувати унікальну інформацію про зміни кутів розорієнтації зерен в об'ємі матеріалу, що неможливо одержати звичайними металографічними методами. Послідовне випаровування зразків мікронних розмірів на значну глибину з безперервною реєстрацією зображень використано для об'ємної (3D) металографії.

У сьомому розділі «Нанорозмірні особливості атомної структури вольфраму» розглядається структура ядер і кристалогеометрія ковзання дислокацій у вольфрамі, а також структура меж зерен. Фізично обґрунтований алгоритм математичного моделювання атомного рельєфу поверхні, сформованої в процесі польового випаровування вістрійних нанокристалів, що містять дислокації нормальні до поверхні. Показано, що наявність сил зображення приводить до появи особливостей атомної топографії поверхні, які не можуть бути описані в термінах характерних гелікоїдальних фігур, що виникають поблизу ядра дислокації при випаровуванні кристала. У результаті порівняння даних комп'ютерного моделювання і серій іонно-мікроскопічних зображень нанокристалів, що піддавалися формуванню польовим випаровуванням, продемонстрована можливість іонно-мікроскопічних спостережень крайових дислокацій з нормальною до поверхні компонентою вектора Бюргерса рівною нулю. Таким чином, була запропонована й уперше реалізована можливість іонно-мікроскопічної реєстрації крайових дислокацій, що виходять на поверхню нанокристалів.

Порівняння комп'ютерних зображень нанокристалів, що містять вихід повних гвинтових дислокацій Ѕ<111> на грань {111} нанокристала (значення радіуса ядра дислокації приймалося рівним нулю) із серією іонно-мікроскопічних зображень, одержаних на різних стадіях польового випаровування, не виявило ніяких відтворених відмінностей. В обох випадках формувалися правильні тризахідні спіральні фігури із центром у ядрі дислокації. Одержані дані свідчать про високий ступінь локалізації ядер гвинтових дислокацій у вольфрамі й про відсутність їх розщеплення в перетинних щільноупакованих площинах. Аналіз змін атомної топографії поверхні, що виникають у процесі ковзання дислокацій, демонструє на мезорівні некристалографічний (зиґзаґоподібний) характер ковзання гвинтових дислокацій. Однак, на наномасштабному рівні рух гвинтових ґраткових дислокацій у вольфрамі здійснюється окремими квантами з довжиною ділянок ковзання 0.9ч2.9 нм по щільноупакованим площинам {110} і {211}. У поверхневому шарі виявлено нормальний до поверхні зсув атомів, викликаний переміщенням дислокації.

Іонно-мікроскопічні дослідження меж зерен у нанобікристалах вольфраму показали, що найбільш щільноупаковані площини {110} суміжних зерен ідеально стикуються на висококутових межах зерен. Установлено, що компонента вектора жорстких трансляцій (зсувів) у напрямку <110> дорівнює нулю або одній міжшаровій відстані {110} (рис.11). Зерномежеві дислокації з вектором Бюргерса (1/2) <110>, що спостерігалися на висококутових межах зерен, утворюються в результаті локальної неузгодженості щільноупакованих площин {110} на межі контактуючих зерен. Показано, що на відміну від ґраткових дислокацій, ширина ядра дислокації з вектором Бюргерса (1/2) <110> велика і становить 0.85±0.20 нм.

Межі зерен в ОЦК металах, які характеризуються більшими значеннями енергії дефекту упаковки, як було показано в ранніх роботах на атомному рівні з використанням польової іонної мікроскопії, є локалізованими двовимірними дефектами решітки. Однак методами комп'ютерного моделювання і польової іонної мікроскопії було виявлене формування наношару гексагональної щ-фази на некогерентній симетричній двійниковій межі У3<110>{111} у вольфрамі для якої характерна осциляторна зміна внутрішньої енергії з відстанню до межі (рис.12, а, б). Релаксована структура характеризувалася загасаючим чергуванням дилатації різного знака перпендикулярно межі зерен. У такий спосіб двійникова межа є широкою і, на відміну від когерентної двійникової межі У3 у ГЦК металах, симетричною. Омега-фаза може розглядатися як спотворена ОЦК структура. Розрахункова структура перебуває в задовільній відповідності з результатами іонно-мікроскопічних досліджень некогерентних двійникових меж, які виявили ґраткову відповідність щ- і б-фаз вольфраму й енергетичну неоднорідність у ядрі двійникової межі (рис.12, в).

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота є комплексним дослідженням будови нанорозмірних і наноструктурних матеріалів на атомному рівні. Одержані в роботі експериментальні дані і результати математичного моделювання забезпечили вирішення проблеми визначення на атомному рівні будови нанорозмірних і наноструктурних металевих і вуглецевих матеріалів а також фізичних механізмів модифікації їх атомної структури й мікротопографії. Результати проведених комплексних досліджень зводяться до таких основних висновків:

Уперше в суворій постановці вирішена задача визначення механічної стійкості нанокристалічних польових емітерів і встановлений механізм їх формозміни в сильних електричних полях, заснований на розгляді ролі утворення й поширення катодної плазми в механічному руйнуванні й оплавленні робочої частини (вершини) польових емітерів.

Уперше визначена анізотропія польового випаровування голчастих металевих нанокристалів. Показано, що регіональний розподіл яскравості іонно-мікроскопічних зображень, що відбиває анізотропію низькотемпературного польового випаровування, відповідає конфігураціям багатогранників, сформованих щільноупакованими кристалографічними гранями.

Визначено енергію міжвузлових атомів у поверхневих шарах нанорозмірних кристалів. Виявлено ефект суттєвого зниження напруженості випаровуючого поля міжвузлових атомів, обумовлений виділенням енергії створення при виході їх на поверхню.

На атомному рівні був досліджений фазовий склад кераміки YВа2Сu307-х. Пошаровий аналіз, виконаний методом контрольованого польового випаровування, виявив у матеріалі наявність неоднорідностей на нанорівні, характерні лінійні розміри яких значно менше середньої товщини двійників і співвимірні з довжиною когерентності, що дає підставу розглядати їх у моделях змішаного стану надпровідників, як ефективні центри пінінгу. Досліджено механічну стійкість мікрокристалів YBa2Cu307-x методом польової іонної мікроскопії. Встановлено зв'язок руйнування вістрійних зразків з наявністю двійникової субструктури матеріалу.

Встановлені особливості розподілу збагачених ніобієм ниткоподібних виділень у надпровідному сплаві Nb-Ti. Виявлені наномасштабні градієнти концентрації Nb, які співвимірні з довжиною когерентності, і які є ефективними центрами пінінгу та відповідальні за високі струмонесучі здатності сплаву.

Вперше реалізовано повне атомне розділення купола вуглецевих нанотрубок. Виявлено порушення чергування пента- і гексагональних кілець будови куполів субнанометрових вуглецевих трубок, що свідчить про істотну нерівноважність їх будови. Вперше на атомному рівні визначена тонка структура каналу в піровуглецевих волокнах. Аналіз спектрів низькотемпературного польового випаровування показав, що структури фаз вуглецю в каналі та стінках істотно відрізняються. Виявлено ефект зміцнення вуглецевих нановістрій при їх пластичній деформації в умовах екстремальних механічних навантажень, створюваних силами електричного поля.

Уперше методами польової іонної й електронної мікроскопії, мас-спектрометрії виявлена наявність лінійних вуглецевих ланцюжків на поверхні вістрійних вуглецевих фібрил, що містять більш ніж 10 атомів. Розраховано розподіл потенціалу і коефіцієнти підсилення електричного поля над циліндричними провідними об'єктами, розташованими на вершині параболічних вістрій. Уперше здійснено спостереження квантових коливань атомних ланцюжків в електричних полях вище 10 В/нм у терагерцевому спектральному діапазоні.