Алмаз — сверхпроводник
Чистый алмаз — изолятор, легирование бором делает его полупроводником p-типа. При высокой концентрации бора алмаз становится проводником, а при температуре жидкого гелия — сверхпроводником. Сильно легированные бором сверхпроводящие алмазы были впервые синтезированы в системе C—B (графит — бор) при 8—9 ГПа и температурах выше 2300 К. Бор не традиционный катализатор для синтеза алмаза, традиционны Fe, Co, Ni, но с ними сверхпроводящие алмазы не получаются. Синтезу сверхпроводящих алмазов, содержащих бор, в расплавах этих металлов мешает то, что они легко образуют соединения с бором — бориды. Это не даёт достичь высокой степени легирования алмаза бором.
Исследователи из ФИАН им. П. Н. Лебедева и Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН (г. Троицк) проверили возможность сильного легирования алмаза бором в расплавах Cu и Au, не образующих боридов. Синтез проводили в графитовой капсуле, её нагрев пропусканием тока позволяет определить температуру начала синтеза алмаза по увеличению сопротивления. Превращение графита в алмаз на границе графита со смесью золота или меди с бором стартует при 1770 и 1620 K соответственно. Температуры близки температурам плавления Au (1800 K) и Cu (1620 K), оценённым экстраполяцией известных экспериментальных зависимостей на давление 8,5 ГПа. Этот удивительный факт согласуется с известной гипотезой о появлении алмазообразующих свойств у расплавов двойных систем с донорно-акцепторным механизмом взаимодействия компонентов, которые по отдельности не являются катализаторами превращения графита в алмаз.
То, что образование алмаза из графита начинается при относительно невысоких температурах 1620—1770 K, открывает возможности промышленного получения монокристаллов со сверхпроводящими свойствами. Переход в сверхпроводящее состояние полученных образцов поликристаллов алмаза стартует при 4,5 K и заканчивается при 2,5 K.
Екимов Е. А. и др. Синтез сверхпроводящих легированных бором алмазов в растворе углерода и бора в расплавах золота и меди. Неорганические материалы, 2023, № 9, с. 959.
Ощупывай с умом
При атомно-силовой микроскопии вдоль исследуемой поверхности движется кантилевер — консоль с иглой. Консоль параллельна поверхности, игла — перпендикулярна, остриё иглы может иметь радиус несколько нанометров, по сути — несколько атомов. На кантилевер действует периодическая сила, заставляя его вибрировать на частоте, близкой к резонансной, с амплитудой от 5 до 100 нм, и при каждом колебании остриё то приближается, то отдаляется от поверхности. На некотором расстоянии атомы острия начинают «чувствовать» атомы поверхности и амплитуда колебаний уменьшается. В зависимости от материала иглы, материала поверхности, амплитуды колебаний и расстояния до иглы возможны режимы, когда игла в среднем притягивается к поверхности и когда отталкивается. Различить режимы можно по сдвигу фазы между возбуждающей силой и колебаниями.
Прибор приближает иглу на расстояние, когда амплитуда колебаний изменяется на определённую величину. И после этого ведёт кантилевер вдоль поверхности, приближая и отдаляя его так, чтобы амплитуда колебаний сохранялась. По сути дела, он определяет, как вдоль поверхности изменяется расстояние, на котором игла взаимодействует с ней с определённой силой. Кстати, аналогично поступаем и мы, когда что-то ощупываем — но при размерах на порядки бoльших. Поскольку между поверхностью и остриём действует сила, остриё изнашивается, затупляется, и разрешающая способность прибора падает. Этот износ исследовался, но на иглах с относительно большим радиусом острия — свыше 20 нм.
Сотрудники Национального исследовательского университета «МИЭТ», АО «Ангстрем» и ООО «НТ-МДТ Спектрум Инструментс» (Зеленоград, Москва) изучили, как режим измерений влияет на износ существенно более острых игл. Оказалось, что выбор режима важен для сохранения остроты иглы. В эксперименте при одних и тех же измерениях в режиме притяжения радиус иглы изменялся с 3 до 4 нм, а в режиме отталкивания — с 4 до 20 нм. Так что в нанообласти надо ощупывать с умом.
Новак А. В. и др. Износ острия зонда в зависимости от режима взаимодействия с поверхностью образца при работе в режиме амплитудно-модуляционной атомно-силовой микроскопии. Письма в ЖТФ, 2024, вып. 15, с. 25.
Плёнка-корректор
Прогресс микроэлектроники в значительной мере опирается на укорочение длины волны излучения, с которым работают литографические установки. Отсюда — развитие техники в диапазонах экстремального ультрафиолета и рентгеновского излучения, то есть длин волн 2—60 нм. Но мало сделать такой источник, излучение должно быть «аккуратным», то есть волновой фронт должен быть плоским. Добиться этого можно, пропуская излучение через пластину, толщина которой больше в тех местах, где нужно притормозить излучение. Причём пластина должна быть в значительной мере прозрачна для излучения. Для указанного диапазона волн решение — многослойная свободновисящая тонкая плёнка. Особенно заманчива возможность корректировать толщину плёнки после её изготовления.
Слева — плёнки на оправках; их волнистость практически не влияет на сдвиг фазы и прозрачность (от неё изменение сдвига фаз менее 0,5%, коэффициента пропускания — менее 0,15%). Справа — линейная зависимость коэффициента пропускания вдоль плёнки, полученная ионным травлением. Иллюстрации из реферируемой статьи.
Исследователи из Института физики микроструктур РАН (Нижний Новгород) изготовили многослойные (несколько десятков микронных слоёв, для увеличения прочности) плёнки с чередованием слоёв Si, Zr и ZrSi2 общей толщиной около 100 нм и разработали технологию ионного травления этих плёнок, позволяющую получать заданное распределение толщины вдоль поверхности. Такие плёнки могут быть основой фазовых корректоров: их прозрачность на волне 13,5 нм — 60%, а характерная величина модуляции соответствует оптической толщине 1 нм.
Цыбин Н. Н. и др. Применение метода ионно-пучкового травления свободновисящих плёнок для разработки плёночных корректоров экстремального ультрафиолетового диапазона длин волн. ЖТФ, 2024, вып. 7, с. 1029.
