КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 17-72-10287

НазваниеАтомное и электронное строение новых функциональных композитных наноструктур на основе широкозонных оксидов олова и гибридных бионаноматериалов при управляемом совмещении с нитевидным кремнием

Руководитель Паринова Елена Владимировна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" , Воронежская обл

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова Атомное и электронное строение, композитные наноматериалы и структуры, наночастицы олова и его оксидов, гибридные наноматериалы ферритины, кремниевые нанонити, управляемое совмещение, поверхность и границы раздела, рентгеновская и электронная спектроскопия и микроскопия, синхротронное излучение, установки "мегасайенс", функциональные оптические и электрофизические свойства.

Код ГРНТИ29.19.22

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Изучение основополагающих свойств новых функциональных наноматериалов определяет эффективность применения композитных структур на их основе в науке, технике и технологиях будущего и невозможно без проведения комплексных высокоточных исследований их фундаментальных характеристик. К последним в первую очередь нужно отнести атомное и электронное строение - основу понимания, прогнозирования и последующей оптимизации свойств функциональных наноматериалов, а также применения в прикладных целях как отдельно взятых материалов, так и композитных структур, формируемых при их совмещении. Предлагаемый проект направлен на получение комплексных высокоточных экспериментальных и теоретических данных об атомном и электронном строении и перспективных свойствах функциональных наноматериалов на основе полупроводниковых широкозонных оксидов системы олово-кислород и железосодержащих гибридных биоорганических молекул ферритинов при управляемом совмещении с нитевидным кремнием, морфологически упорядоченно развитым на нанометром уровне (нанонитевидные матрицы). Чрезвычайно развитая поверхность нитевидного кремния является удобным и востребованным объектом для последующей функционализации. Применение кремниевых технологий широко используется и хорошо отработано на сегодняшний день в отечественной и мировой практике. Результатом этого является эффективное применение метода металл-ассистированного жидкофазного травления кремниевых кристаллических пластин для формирования массивов кремниевых нанонитей заданного размерного фактора и геометрии. Нанонитевидные матрицы представляют собой 3D структуру, которая обладает чрезвычайно развитой поверхностью. Эта развитая поверхность может быть использована для естественного продолжения, развития идей применения тонкопленочных 2D технологий, призванных функционализировать планарную поверхность пластин кремния. При этом, с учетом вклада поверхности, возрастающего на порядки, критическим становится вопрос совместимости технологий совмещения – нанесения функционализирующих поверхность кремния покрытий. К таковым в проекте относятся два вида наноматериалов (функционализирующих покрытий): - нанокристаллические широкозонные оксиды системы олово-кислород для разработки перспективных электронных устройств сенсорики и фотоники, формируемые методом химического осаждения из металлорганических соединений в газовой фазе; - ферритины – гибридные бионаноматериалы в форме сферических частиц с неорганическим железосодержащим наноядром для разработки перспективных устройств электроники и спинтроники, формируемых жидкофазным осаждением. Методы и подходы к формированию покрытий, указанных выше, известны, в большей части неплохо отработаны в отечественной и мировой практике, в том числе в ряде случаев на производстве. Однако это утверждение верно в случае "классических" пластин кремния, применяемых в микро- и наноэлектронике и др. областях. То есть речь идет о 2D планарных технологиях. В случае 3D развитой поверхности кремниевого наноматериала (массива кремниевых нанонитей) вопросы применимости, эффективности применения технологий формирования функционализирующих покрытий не рассматривались в мировой и отечественной научной практике, имеются лишь отдельные сведения, которые крайне ограничены, единичны и весьма противоречивы, несмотря на важность обсуждаемого вопроса. Наконец, вопросы совмещения функциональных наноматериалов с поверхностью кремниевых нанонитей крайне важны для изучения и понимания свойств этих композитных наноструктур и их дальнейшего применения. В самом деле, определяющая и решающая роль чрезвычайно развитой поверхности должна позволить не только улучшить свойства покрытий, но и позволить эффективно ими управлять. Для этого необходимыми, основополагающими являются знания о таких фундаментальных характеристиках наноматериалов и наноструктур на их основе, как атомное строение и субструктура, электронно-энергетический спектр, фазовый состав и физико-химическое состояние в целом, особенности их перестройки при совмещении в различных технологических условиях. Предлагаемый проект направлен на получение этих новых знаний с использованием прямых высокоточных экспериментальных и теоретических методов: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, спектроскопия ближней тонкой структуры края рентгеновского поглощения, рентгеновская фотоэмиссионная микроскопия, ультрамягкая рентгеновская эмиссионная спектроскопия, компьютерное моделирование. Также будут использованы при необходимости традиционные методы характеризации наноматериалов и наноструктур: растровая и просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская дифракция, оптические и электрофизические измерения. Отдельно необходимо отметить, что первые три (основные) метода будут реализованы с использованием функционала установок генерации синхротронного излучения класса "мегасайенс". Решение поставленных научных проблем имеет следующие перспективы применения и актуально по следующим причинам. Полученная высокоточная информация об атомном и электронном строении наноструктур оксидов олова, гибридных бионаноматериалов, формируемых при контролируемом совмещении и функционализации развитой поверхности кремниевых нанонитей, позволит объяснить проявляемые перспективные свойства композитными наноструктурами, оптимизировать их для дальнейшего применения в наноэлектронных устройствах будущего. В свою очередь полученные знания необходимо будет использовать для повышения эффективности работы солнечных элементов расширенного рабочего диапазона при структурировании наночастиц на основе олова и его оксидов и контролируемом совмещении с технологиями формирования нитевидных кремниевых наноструктур. Также для повышения эффективности работы электронных наноустройств и их активных элементов повышенной компактности, энергоэффективности и скорости срабатывания, включая структуры, чувствительные к магнитному полю, на основе наночастиц железа при контролируемом совмещении с кремниевыми технологиями.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---