Аннотация результатов, полученных в 2014 году
В ходе выполнения работ по проекту был произведен анализ литературы с целью выявления имеющихся современных тенденций в исследованиях, соответствующих тематике проекта, выявления наиболее интересных и перспективных конкретных направлений, методов решения поставленных задач и других аналогичных аспектов, относящихся к проводимым в проекте исследованиям. В частности, было установлено, что, согласно литературным данным, автоэлектронная эмиссия из различных наноструктурированных углеродных материалов является предметом интенсивных фундаментальных и прикладных исследований. Одной из примечательных особенностей таких эмиттеров является то, что на их поверхности возможно формирование гетероструктур из различных форм углерода с со свойствами, соответствующими металлу (графит, графен) и широкозонному полупроводнику (алмаз). Данное обстоятельство приводит к возможности наблюдения низковольтной эмиссии электронов из различных наноуглеродных материалов. В силу возможного резонансного характера туннелирования в таких гетеропереходах эмиссия электронов может проявлять чувствительность к освещению материала эмиттера квантами света. Изучение данного вопроса представляет значительный интерес с фундаментальной научной точки зрения и может оказать существенное влияние на развитие прикладных исследований в области вакуумной электроники. Для проведения экспериментальных исследований были подготовлены два вакуумных измерительных стенда, позволяющие измерения эмиссионных характеристик катодов при их освещении в различных спектральных диапазонах: один из стендов обеспечивает такие измерения в видимом и ближнем инфраксрасном диапазонах, а второй в ближнем ультрафиолетовом. На основе ранее разработанных методик по осаждению углеродных пленочных материалов из газовой фазы, активированной разрядом постоянного тока, были проведены исследования по получению, всестороннему изучению и отбору наноуглеродных материалов для дальнейших исследований. В ходе проведенных исследований было установлено, что для реализации целей и задач проекта наиболее перспективными представляются углеродные структуры следующих типов: (1) индивидуальные алмазные кристаллиты игольчатой формы и их массивы в виде текстурированных пленок; (2) структуры в виде одиночных слоев графена и графитных кристаллитов нанометровой толщины; (3) одно- и много-стенные углеродные нанотрубки; (4) игольчатых структур в виде углеродных наносвитков; (5) углеродные композиты, содержащие перечисленные выше структуры в различных пропорциях а также композиты, содержащие наноуглеродные материалы и оксиды металлов с ярко выраженными диэлектрическими свойствами. Были проведены теоретические исследования, направленные на выявление закономерностей процессов, используемых для синтеза наноуглеродных структур. Полученные результаты позволяют оптимизировать параметры этих процессов для воспроизводимого получения структур с заданными характеристиками. Также в ходе исследований проводились экспериментальные работы по созданию индивидуальных наноразмерных эмиттеров из углеродных материалов. Для этого были разработаны экспериментальные методики, позволившие выделение индивидуальных наноструктур из пленочных массивов и их соединение с макрокопическими держателями. Последнее необходимо для обеспечения манипуляций с такими индивидуальными структурами – их перенос и закрепление в измерительных установках, соединение с измерительными электрическими цепями, проведение процедур высокотемпературного отжига и т.п. Соответствующие манипуляции производились в установках на основе оптического микроскопа и двухлучевого электронно-ионного микроскопа.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Работы в отчетной период выполнялись в соответствии с планом работ и состояли в проведение экспериментальных и теоретических исследований, направленных на: синтез углеродных наноструктур различного типа; определение структурных и морфологических характеристик синтезированных материалов; на выявление фундаментальных закономерностей, определяющих процессы формирования углеродных наноструктур различного типа; создание образцов наноуглеродных катодов, состоящих из индивидуальных наноструктур или из их массивов, а также композитов; всесторонне исследование созданных образцов; проведение сравнительных экспериментальных исследований эмиссии электронов из углеродных наноструктур различного типа в темновых условия и при воздействии оптического излучения; выявление эффектов в эмиссии электронов, обусловленных воздействием оптического излучения. Одним из наиболее важных достигнутых результатов стало прямое экспериментальное доказательство ранее выдвинутой идеи о возможности формировании на поверхности наноуглеродных материалов со структурой графена двойных потенциальных барьеров на границе эмиттер-вакуум. Наличие такого двойного барьера при определенных условиях может приводить к существенному увеличению эмиссионной способности наноуглеродных катодов. Полученные данные имеют важное фундаментальное научное значение, а также создают условия для разработки способов практического использования катодов в различных устройствах вакуумной электроники. Описание некоторых из работ, выполненных за отчетный период, и полученных научных результатов представлено в сети Интернет на сайте www.gazeta.ru: <http://www.gazeta.ru/science/2015/08/31_a_7731185.shtml> . Эта информация приводится также на сайте РНФ: <file:///C:/D/Publications/o%20nas/2015/%D0%9E%D1%82%20%D0%BB%D0%B0%D0%BC%D0%BF%D0%BE%D1%87%D0%BA%D0%B8%20%D0%B4%D0%BE%20%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F%20_%20%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9%20%D0%BD%D0%B0%D1%83%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D1%84%D0%BE%D0%BD%D0%B4.htm>

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проведено экспериментальное и теоретическое исследование эмиссии электронов из грфеноподобных материалов под действием импульсного лазерного излучения. Полученные результаты свидетельствуют о сильной зависимости такой эмиссии от длительности лазерных импульсов. Для коротких импульсов фс и пс длительности обнаружено значительное увеличение эффективности эмиссии электронов, которая объясняется в рамках предложенной модели эмиссии «горячих» электронов из «холодных» катодов. Подтверждение справедливости предложенной модели получено в результате исследования электрон-фононного взаимодействия в графене. Экспериментальные данные указывают на то, что при облучении графена (и графеноподобных материалов) одновременно происходит два процесса, один из которых состоит в увеличении заселенности уровней, соответствующих сильному электрон-фононному взаимодействию, а другой с релаксацией возбуждения, вызванного поглощением света. Определены характерные времена для этих процессов, которые составили менее 0,5 и около 8 пс, соответственно. Показано, что поглощение света в графене может быть резонансно увеличено за счет создания на его поверхности тонкопленочных диэлектрических структур. Проведено экспериментальное и теоретическое изучение эффекта, предложены способы его использования для детектирования света и в биохимических сенсорах. Впервые изготовлены и изучены алмазные точечные катоды нанометрового размера в виде алмазных игольчатых кристаллитов, закрепленных на вольфрамовых держателях. Показано, что эмиссия электронов из таких катодов определяется процессами переноса заряда, которые могут быть описаны механизмом Пула-Френкеля с характерными энергиями в диапазоне 0,2-0,3 эВ. Наличие таких уровней энергии в алмазе может быть обусловлено специфическими дефектами, наличие которых подтверждают исследования, проведенные с помощью электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии комбинационного рассеяния. Кроме этого показано наличие в алмазных кристаллитах дефектов, связанных с неуглеродными примесями. Проведено исследование фото- и катодо-люминесценции алмазных игольчатых кристаллитов. Спектры люминесценции свидетельствуют о наличии в таких кристаллитах примесей азота и кремния, образующих центры свечения. Обнаружено, что центры свечения имеют существенно различное распределение по объему кристаллитов - в отличие от центры свечения, связанных с азотом, которые равномерно распределены по всему объему, центры свечения, связанные с наличием кремния, сконцентрированы у острия. Наличие центров свечения может использоваться для создания оптических сенсоров на основе игольчатых алмазных кристаллитов.