Механизм динамической проводимости аморфных наногранулированных пленок "металл-диэлектрик" в диапазоне сверхвысоких частот

Заключение

Основные результаты настоящей работы сводятся к следующему.

Экспериментально исследована статическая проводимость и отражение электромагнитных волн от тонких пленок гранулированных аморфных металл-диэлектрических нанокомпозитов в широком диапазоне концентраций металлической фазы. Показано, что статическая проводимость пленок с увеличением концентрации проводящей фазы увеличивается. Энергетический коэффициент отражения волны СВЧ от пленок, при малых концентрациях будучи незначительным, резко возрастает вплоть до единицы при концентрациях порядка , что обусловлено переходом от диэлектрического типа распространения волны к металлическому.

Показано, что динамическая проводимость в диапазоне СВЧ превышает статическую, измеренную на постоянном токе, на два-четыре порядка, принимая такие значения задолго до порога перколяции металлической фазы, причем степень превышения в диапазоне частот до 40 ГГц от частоты не зависит.

Для объяснения наблюдаемого в экспериментах частотнонезависимого превышения эффективной динамической проводимости над статической предложен механизм внутригранулярных (внутрикластерных) токов. Предложена модель планарного распределения гранул внутри пленки, на основе которой показано, что в диапазоне частот, на которых проводились эксперименты, поля вторичных волн, создаваемых волной, падающей на слой гранул, могут приближаться по величине к полю падающей волны.

На основе предложенной модели рассчитан коэффициент отражения волны от одного слоя гранул. В формировании вторичных волн выявлена определяющая роль поверхностных слоев гранул, обусловленная взаимной компенсацией полей соседствующих гранул.

Модель обобщена на случай пленки, содержащей значительное количество слоев. Рассмотрены особенности формирования отраженной и проходящей волн в предельных случаях тонкой и толстой пленки.

Результаты расчета по предложенной модели сопоставлены с экспериментами по отражению волн от пленок. Выявлено хорошее соответствие как по порядку величины коэффициента отражения, так и по связи его с толщиной пленок. Результаты эксперимента интерпретированы с учетом механизма компенсации вторичных волн. Предсказано и выявлено в эксперименте существование критического значения толщины пленки, определяющего порог резкого роста коэффициента отражения, обусловленного механизмом раскомпенсации.

Даны рекомендации для дальнейших исследований, в том числе более подробного выявления структурного характера пленок, а также механизмов формирования вторичных волн с учетом многослойной структуры и взаимной компенсации волн от отдельных слоев гранул.

Литература

1. Суздалев И.П. Нанотехнология. Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига. 2006.

2. Рит М. Наноконструирование в науке и технике. Введение в мир нанорасчета. Москва-Ижевск: НИЦ "Регулярная и хаотическая динамика". 2005.

3. Neugebauer C.A. // Thin Solid Films. 1970. V.6. P.443.

4. Gittleman J.L., Goldstain Y., Bozowski S. // Phys.Rev.B. 1972. V.5. P.3609.

5. Калинин Ю.Е., Ремизов А.Н., Ситников А.В. // ФТТ. 2004. Т.46. №11. С.2076.

6. Kotov L.N., Turkov V.K., Vlasov V.S., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V. // Mat.Sci.Eng. 2006.V.442. P.352.

7. Вендик И.Б., Вендик О.Г. // ЖТФ. 2013. T.83. №1. С.3.

8. Parimi P.V., Lu W.T., Vodo P., Sokoloff J., Derov J.S., Sridhar S. // Phys. Rev. Lett. 2004. V.92. №12. P.127401(4).

9. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Животовский Л.В., Климов А.А., Тайад Ф., Пресманес Л., Бонин К., Цай Ч.С, Высоцкий С.Л., Филимонов Ю.А. // Письма в ЖЭТФ. 2003. T.77. №10. C.670.

10. Веселаго В.Г. // УФН. 1967. T.92. №3. C.517.

11. Агранович В.М., Гартштейн Ю.Н. // УФН. 2006. T.176. №10. C.1052.

12. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука. 1986.

13. Gerber A., Milner A., Groisman B. et al. // Phys. Rev. B. 1997. V.55. №10. P.6446.

14. Казанцева Н.Е., Пономаренко А.Т., Шевченко В.Г., Чмутин И.А., Калинин Ю.Е., Ситников А.В. // Физика и химия обработки материалов. 2002. №1. C.5.

15. Kotov L.N., Efimets Yu.Yu., Vlasov V.S., Petrakov A.P., Turkov V.K., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V. // Adv.Mat.Rep. 2008. V.47-50. Pt.1. P.706.

16. Иванов А.В., Калинин Ю.Е., Нечаев А.В., Ситников А.В.//ФТТ. 2009. Т.51. №12. С.2331.

17. Sheng P., Abeles B., Arie Y. // Phys.Rev.Lett. 1973. V.31. №1. P.44.

18. Мейлихов Е.З. // ЖЭТФ. 1999. Т.115. №4. С.1484.

19. Abeles B., Cohen R.W., Cullen G.W. // Phys.Rev.Lett. 1966. V.17. №4. P.632.

20. Cuevas E., Ortuno M., Ruiz J. // Phys.Rev.Lett. 1993. V.71. №12. P.1871.

21. Луцев Л.В., Звонарева Т.К., Лебедев В.М. // Письма в ЖТФ. 2001. Т.27. №15. С.84.

22. Луцев Л.В., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Стогней О.В. // ФТТ. 2002. Т.44. №10. С.1802.

23. Луцев Л.В. // ФТТ. 2002. Т.44. №6. С.97.

24. Lutsev L.V., Yakovlev S.V. // J.Appl.Phys. 1998. V.83. №11. P.7330.

25. Луцев Л.В., Яковлев С.В. // Сб.тр. XVII Международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники». 2000. М.:УРСС-МГУ. С.254.

26. Луцев Л.В., Яковлев С.В., Сиклицкий В.И. // ФТТ. 2000. Т.42. №6. С.1105.

27. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // РЭ. 2004. Т.49. №10. 1243.

28. Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // РЭ. 2006. Т.51. №12. С.1481.

29. Власов В.С., Гущин Н.Н., Котов Л.Н., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // Сб. тр. XIX Международной конференции «Электромагнитное поле и материалы». 2011. М.: НИУ МЭИ. С.194.

30. Власов В.С., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // РЭ. 2014. Т.59. №7. В печати.

31. Калинин Ю.Е., Котов Л.Н., Петрунёв С.Н., Ситников А.В. // Изв.РАН. Сер.физич. 2005. Т.69. №8. С.1195.

32. Антонец И.В., Котов Л.Н., Калинин Ю.Е., Ситников А.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // ПЖТФ. 2014. Т.40. №14. С.1.

33. Калинин Ю.Е., Пономаренко А.Т., Ситников А.В., Стогней О.В. // Физика и химия обработки материалов. 2001. №5. С.14.

34. Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем металл-диэлектрик. Диссертация на соискание ученой степени докт. физ.-мат. наук. Воронеж: ВГТУ. 2010. 318 с.

35. Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V., Stognei O.V., Zolotukhin I.V., Neretin P.V. // Mat. Scien. and Engin. 2001. A304-306. P.941.

36. Золотухин И.В., Неретин П.В., Калинин Ю.Е., Стогней О.В., Ситников А.В. // Альтернативная энергетика и экология. 2002. №2. С.7.

37. Калинин Ю.Е., Пономаренко А.Т., Ситников А.В., Стогней О.В. // Физика и химия обработки материалов. 2002. №5. С.14.

38. Ohnuma M., Hono K., Abe T. et al. // J. Appl. Phys. 1997. V.82. №11. P.5646.

39. Калинин Ю.Е., Пономаренко А.Т., Ситников А.В., Стогней О.В. // Инженерная физика. 2003. №5. С.44.

40. Татаринова Л.И., Структура твердых аморфных и жидких веществ. М.: Наука. 1983.

41. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Голубев Е.А. // ЖТФ. 2004. Т.74. №3. С.24.

42. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка. 1974.

43. Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. //

РЭ. 2007. Т.52. №4. С.403.

44. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через тонкие слои и пленки. Сыктывкар: ИПО СыктГУ. 2010.

45. Каплан А.Е. // РЭ. 1964. Т.9. №10. С.1781.

46. Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // РЭ. 2008. Т.53. №8. С.901.

47. Левич В.Г. Курс теоретической физики. Т.1. М.: Наука. 1969.

48. Калашников С.Г. Электричество. М.: Наука. 1964.

49. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.

М., Наука, 1977.

50. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. М.: Наука. 1973.

51. Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. //

РЭ. 2010. Т.55. №2. С.133.

52. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры (монография). Часть первая. Прямой метод. Сыктывкар: ИПО СыктГУ. 2011.

53. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Шавров В.Г., Щеглов В.И. // Proc. XII Intern. Conference on Spin-Electronics and Gyrovector Electrodynamics, Moscow (Firsanovka). 2003. Publ.UNC-1 MPEI (TU). Р.642.

54. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Карпушов Е.Н. // ЖТФ. 2004. Т.74. №11. С.102.

55. Чертов А.Г. Единицы физических величин. М.: Высшая школа. 1977.

56. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1970.

57. Антонец И.В., Щеглов В.И. Распространение волн через многослойные структуры (монография). Часть четвертая. Специфические методы. Сыктывкар: ИПО СыктГУ. 2013.

Размещено на Allbest.ru