Магнитные поля на Луне
До полётов на Луну обсуждался вопрос: лунная поверхность твёрдая или мягкая? Реальность оказалась сложнее — Луна твёрдая, но пыльная и имеет пылевую «атмосферу». Её формируют многие процессы: распыление поверхности Луны ударами метеоритов, взаимодействие частиц пыли с излучением Солнца и солнечным ветром (потоком заряженных частиц, в основном протонов и электронов), вторичная эмиссия электронов (фотоэмиссия, ионно-электронная эмиссия) и взаимодействие образующихся заряженных частиц с электрическим полем. Картина получается сложной, но общее её понимание удалось составить (см. УФН, 2024, № 6, с. 569). Раз частицы пыли заряжены и движутся вместе с Луной по орбите со скоростью 1 км/с, то возникает сила Лоренца, которая должна влиять на их перемещение. А все вопросы, связанные с пылью на Луне, важны уже потому, что эта пыль влияет на работу приборов лунных аппаратов, а если попадает внутрь корабля, то и на людей. Магнитное поле Луны мало́ (в среднем 10–4 Гс), но есть зоны, где оно достигает 3•10–3 Гс, и, кроме того, до Луны достаёт магнитное поле Земли — четверть лунной орбиты проходит через поле хвоста магнитосферы Земли, типичные значения которого 10–5 — 10–4 Гс.
Сотрудники Института космических исследований РАН построили модель поведения окололунной пылевой плазмы. Оказалось, что действие магнитного поля Земли приводит к тому, что частицы пыли перемещаются на большие расстояния над освещённой Солнцем частью поверхности. В лунных зонах повышенного магнитного поля концентрация пыли вокруг Луны существенно меньше, чем в среднем. Магнитное поле в зонах, где оно повышено, может отклонять электроны солнечного ветра, не изменяя движение ионов. Это влияет на характер воздействия солнечного ветра на поверхность и может приводить к изменению цвета поверхности, которое действительно наблюдается, — появляются светлые элементы, получившие название «лунные завитки».
Зелёный Л. М. и др. Магнитные поля в окололунной плазме: свойства, проявления, эффекты. ЖЭТФ, 2024, вып. 7, с. 133.
Сверхразрешение с рутилом
Дифракционный предел — это минимальное значение размера пятна, которое можно получить, фокусируя электромагнитное излучение. В воздухе он равен 0,5 λ, где λ — длина волны. Эта величина определяет предельную разрешающую способность микроскопов и предельные возможности в миниатюризации по любой технологии, которая использует электромагнитное излучение.
Однако есть способы отчасти обойти дифракционный предел. Один из таких способов — твердотельная иммерсия, при которой фокальное пятно формируется не как обычно, на большом (много больше длины волны λ) расстоянии от линзы, а в непосредственной близости от её поверхности, на расстоянии < λ. Для этого используют плоско-выпуклую линзу малого радиуса — полусферу из материала с высоким коэффициентом преломления. Свет должен входить через выпуклую поверхность и фокусироваться вблизи плоской выходной поверхности. Тогда фокальное пятно уменьшается, потому что его формируют не только обычные объёмные волны, но и поверхностные волны на плоской границе, которые возникают при полном внутреннем отражении. В терагерцовом диапазоне (λ в пределах 0,1—1 мм) при использовании линз из кремния (коэффициент преломления 3,4) в таком микроскопе было получено разрешение до 0,15 λ.
Сотрудники Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН, Института регенеративной медицины, Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники им. В. Г. Мокерова РАН и Института физики твёрдого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН (г. Черноголовка) разработали конструкцию микроскопа терагерцового диапазона с оптической системой, которая содержала линзу из полиэтилена и полусферическую линзу из монокристалла рутила TiO2 c коэффициентом преломления 10. Пространственное разрешение разработанного микроскопа при λ = 1,5 мм (частота 0,2 ТГц) оказалось 0,06—0,11 λ. Это самое высокое разрешение, когда-либо зарегистрированное для любой оптической системы на основе эффекта твердотельной иммерсии.
Желнов В. А. и др. Полусферическая рутиловая линза для ТГц микроскопии на основе эффекта твердотельной иммерсии со cверхразрешением. Оптика и спектроскопия, 2024, вып. 4, с. 393.
И германий может быть пористым
Перечень областей, где используют пористые полупроводники, и сам по себе довольно велик, и постоянно расширяется. Для любого применения важны параметры применяемого материала. Какими параметрами характеризовать сам полупроводник, мы знаем, а какими параметрами характеризовать пористость? Очевидный параметр — доля пор. Но поры могут быть разного размера, открытые и закрытые, вытянутые, по-разному ориентированные и т. д. Эффективность любого применения пористого материала зависит от параметров пористости, значит, надо уметь получать пористость с разными характеристиками.
Поверхность германия после облучения ионами, слева — ионами меди с энергией 40 кэВ, в середине — ионами серебра с энергией 25 кэВ, справа — ионами висмута с энергией 35 кэВ. Иллюстрация на основе рисунков из реферируемой статьи.
Исследователи из Казанского физико-технического института им. Е. К. Завойского подвергли монокристаллический германий ионной имплантации, то есть такому облучению его ионами, при котором они проникают внутрь материала. Для этого взяли ионы трёх металлов (меди, серебра и висмута) существенно разной массы — 63Cu, 108Ag и 209Bi. Энергия ионов была от 10 до 40 кэВ, плотность тока в пучке 5 мкA/см2, дозы от 5•1016 до 1017 ионов/см2. Германий получился аморфный и пористый, а что касается геометрии, то при малых энергиях облучения, от 10 до 15 кэВ, и относительно лёгких ионах меди и серебра на поверхности германия формируются разнообразно ориентированные тонкие игольчатые нанообразования, а в случае применения более тяжёлых ионов висмута образуется пористый слой, состоящий из плотно упакованных переплетающихся нанонитей. При высоких энергиях от 30 до 40 кэВ ситуация иная. Морфология нанопористого германия с увеличением массы внедряемого иона меняет свою форму последовательно от трёхмерной сетчатой структуры до губчатой, состоящей из отдельных пространственно-разнесённых утончённых переплетающихся нанонитей. Авторы подробно анализируют процессы, которые могли происходить при ионной имплантации.
Гаврилова Т. П. и др. Морфология слоёв нанопористого германия, сформированных при имплантации ионами Cu+, Ag+ и Bi+ различных энергий. ЖТФ, 2024, вып. 4, с. 613.
