Показана возможность создания квазипериодических наноструктур на поверхности изделий из керамических материалов на основе -Al2O3 при воздействии луча лазера, перемещаемого с помощью двухкоординатного линейного шагового двигателя (ЛШД). Показано, что причиной возникающей неравно-мерности тепловыделения и конвективной неустойчивости расплавленного слоя являются электромагнитные поверхностные волны на границе раздела «проводник–изолятор», при этом «проводником» является слой расплава. Обусловленная ЛШД дискретность перемещения луча лазера позволяет создать на поверхности расплава регулярный волнообразный рельеф, выполняющий роль входной дифракционной структуры для генерации поверхностной волны ТM-поляризации.
The possibility of creating quasiperiodic nanostructures on the surface of articles made of ceramic materials based on -Al2O3 under the action of a laser beam moved by a two-coordinate linear stepping motor (LSM) is shown. It is shown that the cause of the arising non-uniformity of heat release and convective instability of the molten layer are electromagnetic surface waves at the “conductor-insulator” interface, while the “conductor” is the melt layer. The discreteness of the laser beam movement due to LSD makes it possible to create a regular wave-like relief on the melt surface, which plays the role of an input diffraction structure for generating a surface wave of TM polarization.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2021-9-3-224-234
- eLIBRARY ID
- 46341777
Рассмотренный метод наноструктруирования поверхности алюмооксидной керамики, в отличие от прямых методов, является «принудительным», так как условия возникновения конвективной неустойчивости в системе «расплав-твердая керамическая подложка» создаются искусственно. Наиболее вероятной причиной возникновения квазипериодических конвективных наноструктур в поликристаллическом -Al2O3, является возбуждение на границе раздела расплава с твердой кристаллизующейся фазой поверхностных электромагнитных волн, обуславливающих создание отрицательного градиента температур в слое расплава. Ориентация и форма конвективных ячеек на поверхности связана как с направлением движения капиллярных волн, так и с направлением распространения и длиной волны поверхностной электромагнитной волны.
Список литературы
- Bonse J., Hohm S., Kirner S. V., Rosenfeld A., Kruger J. // IEEE Journal of selected topics in Quantum electronics. 2017. Vol. 23. Iss. 3. Р. 9000615.
- Хомич В. Ю., Шмаков В. А. // Успехи физических наук. 2015. Т. 185. Вып. 5. С. 489.
- van Driel H. M., Sipe J. E., Young J. F. // Physical Review Letters. 1982. Vol. 49. Iss. 26. P. 1955.
- Завестовская И. Н. // Квантовая электроника. 2010. Т. 40. № 11. С. 942.
- Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. – М.: Мир, 1979.
- Гетлинг А. В. Конвекция Рэлея-Бенара. Структуры и динамика. – М.: Эдиториал, 1999.
- Акопян М. Р., Алавердян Р. Б., Чилингарян Ю. С., Акопян Р. С. // Известия НАН Армении, Физика. 2014. Т. 49. № 4. С. 230.
- Либенсон М. Н. // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 10. С.92.
- Климов В. В. Наноплазмоника. – М.: Физматлит, 2009.
- Smith R. A. Semiconductors. – Cambridge university press, 1978.
- Стрелов К. К. Структура и свойства огнеупоров. – М.: Металлургия, 1982.
- Гроссе П. Свободные электроны в твердых телах. – М.: Мир, 1982.
- Коношенко М. А., Филатова Е.О., Конашук А. С., Нелюбов А. В., Широков А. С. // Письма в ЖТФ. 2015. Т. 41. Вып. 19. С. 8.
- Ansell S., Krishnan S., Weber J. K. R., Felten J. J., Nordine P. C., Beno M. A., Price D. L., Saboungi M. // Physical Review Letters. 1997. Vol. 78. Iss. 3. P. 464.
- Битюков В. К., Петров В. А. // Прикладная физика. 2007. № 4. С. 18.
- Воробьев А. Ю., Петров В. А., Титов В. Е., Чернышев А. П. // Теплофизика высоких температур. 2007. Т. 45. № 1. С. 19.
- Krishnan S., Weber J. K. R., Schiffman R. A., Nordine P. C., Reed R. A. // Journal American Ceramic Society. 1991. Vol. 74. Iss. 4. P. 881.
- Коротин М. А., Курмаев Э. В. // Физика металлов и материаловедение. 2018. Т. 119. № 8. С. 1.
- Саврук Е. В., Смирнов С. В. // Доклады ТУСУР. 2010. № 1–2. С. 123.
- Саврук Е. В., Смирнов С. В., Швайцер А. Н. // Известия Вузов. Физика. 2008. Т. 51. № 11-2. С. 114.
- Смирнов С. В., Верещагин В. И., Дворецкая Л. В. // Стекло и керамика. 2005. № 11. С. 14.
- Шварцбург А. Б. // Фотоника. 2018. Т. 12. № 5(73). С. 522.
- Князев Б. А., Кузьмин А. В. // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2007. Т. 2. Вып. 1. С. 108.
- Avanesov V. S., Zuev M. A., Steklov O. I. // Welding Intern. 1996. Vol. 10. № 3. P. 240.
- Григорянц А. Г., Сафонов А. Н. Методы поверхностной лазерной обработки. – М.: Высшая школа, 1987.
- Заславский Г. М., Сагдеев Р. З. Введение в нелинейную физику. – М.: Наука, 1988.
- J. Bonse, S. Hohm, S. V. Kirner, A. Rosen-feld, and J. Kruger, IEEE Journal of selected topics in Quantum electronics 23 (3), 9000615 (2017).
- V. Y. Khomich and V. A. Shmakov, Physics-Uspekhi 58 (5), 455 (2015).
- H. M. van Driel, J. E. Sipe, and J. F. Young, Physical Review Letters 49 (26), 1955 (1982).
- I. N. Zavestovskaya, Kvantovaya Elektronika, № 11, 942 (2010).
- W. Ebeling, Structurbildung bie irreversible prozessen (BG Teubner Varlag, Leipzig, 1976; Mir, Moscow, 1979).
- A. V. Getling, Rayleigh-Benard convection. Structures and dynamics (Editorial, Moscow, 1999) [in Russian].
- M. R. Akopyan, R. B. Alaverdyan, Y. S. Chilingatyan, and R. S. Akopyan, Izvestiya NAN Ar-menii, Fizika, 49 (4), 230 (2014).
- M. N. Libenson, International Soros Science Education Program, No. 10, 92 (1996).
- V. V. Klimov, Nanoplasmonics (Fizmatlit, Moscow, 2009) [in Russian].
- R. A. Smith, Semiconductors (Cambridge university press, Cambridge, 1978).
- K. K. Strelov, Structure and properties of refractories (Metallurgiya, Moscow, 1982) [in Russian].
- P. Grosse, Freie elektronen in festkorpern (Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1979; Mir, Moscow, 1982).
- M. A. Konoshenko, E. O. Filatova, A. S. Konashuk, A. V. Nelyubov, A. S. Shirokov, Technical Physics Letters, 41 (19), 8 (2015).
- S. Ansell, S. Krishnan, J. K. R. Weber, J. J. Felten, P. C. Nordine, M. A. Beno, D. L. Price, M. Saboungi, Physical Review Letters 78 (3), 464 (1997).
- V. K. Bityukov and V. A. Petrov, Applied Physics, No. 4, 18 (2007) [in Russian].
- A. Y. Vorobiev, V. A. Petrov, V. E. Titov, and A. P. Chernyshev, High Temperature, 45 (1), 13 (2007).
- S. Krishnan, J. K. R. Weber, R. A. Schiffman, P. C. Nordine, and R. A. Reed, Journal American Ceramic Society 74 (4), 881 (1991).
- M. A. Korotin and E. V. Kurmaev, Physics of Metals and Metallography 119 (8), 706 (2018).
- E. V. Savruk and S. V. Smirnov, Doklady TUSUR, No. 1–2, 123 (2010).
- E. V. Savruk, S. V. Smirnov, and A. N. Schweitzer, Izvestiya vuzov. Fizika, No. 11-2, 114 (2008).
- S. V. Smirnov, V. I. Vereshchagin, and L. V. Dvoretskaya, Glass and Ceramics, No. 11, 350 (2005).
- A. B. Schwarzburg, Photonics Russia, No. 5, 522 (2018).
- B. A. Knyazev and A. V. Kuzmin, Siberian journal of Physics 2 (1), 108 (2007).
- V. S. Avanesov, M. A. Zuev, and O. I. Steklov, Welding Intern, No. 3, 240 (1996).
- A. G. Grigoryants and A. N. Safonov, Surface laser processing methods (Vysshaya shko-la, Moscow, 1987).
- G. M. Zaslavsky and R. Z. Sagdeev, Introduction to nonlinear physics (Nauka, Moscow, 1988).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Якубович Б. И.
Влияние проникающих излучений на электрический низкочастотный шум полупроводников 181
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Каторов А. С., Ревазов В. О., Якубов Р. Х.
Зондовые исследования лазерной плазмы при интенсивности излучения на мишени на уровне 109 Вт/см2 187
Тарасенко В. Ф., Белоплотов Д. В., Сорокин Д. А., Бакшт Е. Х.
Режимы генерации пучков убегающих электронов при формировании в воздухе и азоте диффузных разрядов 202
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Гулаков И. Р., Зеневич А. О., Новиков Е. В., Кочергина О. В., Лагутик А. А.
Исследование характеристик матричных лавинных фотоприемников в режиме счета фотонов 216
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Смирнов С. В., Шандаров С. М., Каранский В. В.
Принудительное лазерное наноструктурирование поверхности алюмооксидной керамики 224
Шорсткий И. А., Соснин М. Д.
Изменение анатомической целостности мембран клеток растительного сырья под воздействием нитевидной микроплазмы при поддержке термоэлектронной эмиссии 235
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Воронов К. Е., Григорьев Д. П., Телегин А. М.
Обзор аппаратных средств для регистрации ударов частиц о поверхность космического аппарата (обзор) 245
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
Yakubovich B. I.
Influence of penetrating radiations on electrical low frequency noise of semiconductors 181
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Davydov S. G., Dolgov A. N., Katorov A. S., Revazov V. O., and Yakubov R. Kh.
Probe investigating of laser plasma when intensity of radiation on the target near
109 W/cm2 187
Tarasenko V. F., Beloplotov D. V., Sorokin D. A., and Baksht E. Kh.
Modes of runaway electron beams during formation of diffuse discharges in air and nitrogen 202
PHOTOELECTRONICS
Gulakov I. R., Zenevich A. O., Novikov E. V., Kochergina O. V., and Lagutik A. A.
Investigation of the characteristics of matrix multielement avalanche photodetectors operating in the photon counting mode 216
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
Smirnov S. V., Shandarov S. M., and Karanskiy V. V.
Forced laser nanostructuring of the surface of alumina-oxide ceramics 224
Shorstkii I. A. and Sosnin M. D.
Cell membranes of plant materials anatomical integrity changes under the influence of filamentary microplasma treatment assisted by thermionic emission 235
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
Voronov K. E., Grigoriev D. P., and Telegin A. M.
Overview of hardware for registering an impact on the surface of a spacecraft (a review) 245
Другие статьи выпуска
В статье приведён обзор аппаратных средств, позволяющих регистрировать удары микрометеороидов и частиц космического мусора о поверхность космического аппарата. Описаны преимущества и недостатки этих средств, приведены примеры экспериментов с ними
Исследовано воздействие низкотемпературной нитевидной микроплазмы на анатомическую целостность мембран клеток растительного сырья. Показано, что микроплазменная обработка позволяет формировать сквозные каналы в структуре растительных материалов и ускорять процесс массопереноса. Воздействие на мембрану клеток растительного сырья приводит к изменению капиллярно-пористой структуры с формированием дополнительных, образованных микроплазменным разрядом пор, ориентированных вдоль направления напряженности электрического поля. Установлено, что зависимость количества разрушенных клеток от интенсивности микроплазменной обработки имеет ограниченный характер и снижается при более длительной обработке растительного сырья. По результатам экспериментальных исследований установлено, что с помощью микроплазменной обработки существует возможность управлять массообменными процессами, важными для дальнейшей переработки растительного сырья, таких как сушка и экстрагирование.
Матричные многоэлементные лавинные фотоприемники, работающие в режиме счета фотонов, находят широкое применение для регистрации оптического излучения. Однако характеристики матричных многоэлементных ла-винных фотоприемников в таком режиме работы в настоящее время недостаточно изучены. Объектами исследований являлись опытные образцы Si-ФЭУ с p+–p–n+-структурой производства ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь), серийно выпускаемые Si-ФЭУ Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035. В данной статье приведены результаты исследования характеристик в режиме счета фотонов указанных фотоприемников. Определены зависимости удельного коэффициента амплитудной чувствительности от длины волны оптического излучения, температуры и напряжения питания матричного многоэлементного лавинного фотоприемника.
Проведены исследования генерации пучков убегающих электронов (УЭ) и формирования диффузных разрядов при пробое промежутков с катодом, который имеет малый радиус кривизны. В воздухе и азоте повышенного давления на основе регистрации и анализа характеристик излучения разряда, а также параметров тока пучка УЭ и динамического тока смещения показано, что в зависимости от условий (приведённая напряжённость электрического поля, сорт газа и его давление, конструкция и материал катода, амплитуда и фронт импульса напряжения) реализуется различные режимы генерации пучков УЭ. Установлено, что соотношение скорости фронта волны ионизации (стримера) и убегающих электронов, а также конструкция катода и времени задержки до взрыва катодных микронеоднородностей существенно влияют на режим генерации УЭ. Определены условия реализации различных режимов, приведены осциллограммы импульсов тока пучка и фотографии свечения промежутка.
Зафиксировано появление трех групп заряженных частиц при воздействии импульса лазерного излучения оптического диапазона с интенсивностью ~109 Вт/см2 на металлическую мишень в среде разреженного газа. Результаты измерений электронной температуры образующейся плазмы хорошо согласуются с результатами модельных расчетов для оценки электронной температуры в области поглощения лазерного излучения при параметрах, отвечающих условиям представленных экспериментов.
Изучено влияние проникающих излучений на электрический низкочастотный шум полупроводников. Получены формулы для определения количества дефектов структуры в полупроводниках, возникающих вследствие воздействия проникающего излучения. Получено выражение общего вида для спектра электрического низкочастотного шума в полупроводниках при воздействии на них проникающего излучения. Установлена количественная связь спектра электрического низкочастотного шума с развитием нарушений структуры полупроводников, вызванных проникающими излучениями. Полученные результаты могут быть использованы для определения спектров электрического шума в полупроводниках различных типов и в многочисленных полупроводниковых приборах. Вычисленные выражения позволяют провести оценки интенсивности электрического низкочастотного шума, из которых могут быть сделаны выводы о возможности функционирования и надежности полупроводниковых приборов. Установленная связь электрического шума с радиационными дефектами может быть использована для оценки по спектральным характеристикам шума дефектности структуры полупроводников, подвергавшихся радиационным повреждениям.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400