Работа студентов материалы 58-й научной студенческой конференции

Вид материала

Документы

Содержание Секция физики твердого тела Басалаев Р. — студ. 5 курсаНаучные руководители — канд. физ.-мат. наук, доц. Алешина Л. А.,инженер Семенова Т. А. СТРУКТУРА ФАЗ LiNbO3, LiTaO3, NaTaO3 Сравнение дефектной структуры зубныхтканей разных классов млекопитающихпо данным рентгеновского эксперимента Рентгенографическое исследованиеволластонита Таблица 1 Характеристики БП в аморфном образце в сравнениис усредненными значениями межатомных расстояний Структура кристаллического волластонита Структура осадка родниковой воды Список литературы

Подобный материал:

• Научно-исследовательская работа студентов: Материалы юбилейной 60-й научной студенческой, 4190.87kb.
• О хозяйства материалы студенческой научной конференции (18 февраля 3 марта 2008г.), 5864.74kb.
• Программа XXX v III студенческой научной конференции Краснодар 2011, 5443.59kb.
• Знание есть сила материалы 65 итоговой межвузовской научной студенческой конференции, 2615.55kb.
• Программа студенческой научной конференции за 2011 год воронеж, 696.04kb.
• Программа XXX v II студенческой научной конференции Краснодар 2010, 5432.78kb.
• Программа 61-й научной студенческой конференции (20-24 апреля) Петрозаводск, 854.03kb.
• Программа 58-й научной студенческой конференции петрозаводск Издательство Петргу 2006, 841.28kb.
• Через тернии к звездам материалы 64-й итоговой межвузовской научной студенческой конференции, 2452.55kb.
• И программа 65-й студенческой научной конференции Брянского государственного технического, 1518.22kb.

^

Секция физики твердого тела

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ В КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
И АМОРФНЫЕ ВЕЩЕСТВА

Дуденков А. — студ. 6 курса
Научный руководитель — канд. физ.-мат. наук, доц. Пикулев В. Б.

Для построения реалистичной картины процесса ионной имплантации легирующей примеси в полупроводниковые структуры недостаточно традиционно используемой аналитической модели распределения, которая не учитывает кристаллическую структуру вещества мишени. Поэтому разработаны алгоритм и программа, которая позволяет конструировать элементарную ячейку из различных видов атомов, задавать направление трансляционных векторов ячейки, выбирать направление в кристалле и рассчитывать результат внедрения ионов в вещество. Так как расчет занимает достаточно длительное время, то предусмотрено задание последовательности экспериментов с указанием их параметров. Все результаты (глубина, на которую проникла внедряемая частица, координаты ее траектории) сохраняются в виде файлов на жестком диске. Существуют возможности просмотра траекторий частиц в проекции в произвольном увеличении и выгрузки во внешние файлы для получения гистограмм распределений и статистического анализа. Для расчета траекторий частиц в веществе используется модель двухчастичных соударений, согласно которой путь частицы в веществе рассматривается как последовательность независимых столкновений с атомами вещества. В случае кристаллической мишени можно наблюдать эффект каналирования имплантируемых частиц. Аморфное состояние вещества создается управляемым нарушением дальнего порядка в кристаллической решетке. На данный момент разработан и протестирован алгоритм расчета процесса ионной имплантации в аморфный и кристаллический кремний. Создана программа моделирования, позволяющая применить разработанный алгоритм не только для кремния, но и для веществ с различным типом кристаллической решетки. Возможная область применения — расчет профилей распределения примеси при ионном легировании полупроводниковых материалов, расчет полных и проективных пробегов ионов в веществе, расчет функции углового распределения ионов, проходящих через тонкую пленку или мембрану. Сравнивая результаты модельных экспериментов друг с другом, а также с результатами практического эксперимента, можно получить дополнительную информацию о межатомном потенциале. Для проверки алгоритма были смоделированы профили распределения мышьяка в кремнии в ориентации (100) и в аморфном кремнии. Полученные результаты согласуются с теоретическими представлениями о механизме внедрения ионов в кристаллические и аморфные структуры.

Исследование кристаллической
и атомно-молекулярной структуры
БИС-(4-(4-метоксистирил) пиридин-1-Оксид)
уранил динитрата на основе анализа
порошковых рентгенограмм

^

Басалаев Р. — студ. 5 курса
Научные руководители — канд. физ.-мат. наук, доц. Алешина Л. А.,
инженер Семенова Т. А.

На сегодняшний день гетероароматические N-оксиды и их молекулярные комплексы стали весьма интересными объектами для изучения. Все результаты данной работы получены на основе анализа порошковых дифракционных картин. Это потребовало применения современных методов математической обработки результатов порошкового эксперимента, включающих в себя методы индицирования, построение моделей молекул N-оксидов и их молекулярных комплексов, поиск положения полученной атомной группы в элементарной ячейке и уточнение структуры с целью окончательного ее решения. Изучаемый комплекс является уникальным в том смысле, что он исследуется с целью решения структуры впервые, данных о нем нет в кристаллографических базах данных или в литературе. Комплекс был синтезирован на кафедре молекулярной биологии, биологической и органической химии Петрозаводского государственного университета. Для измерения порошковых дифракционных спектров были применены автоматический дифрактометр ДРОН-4М, излучение FeK_α (λ=1,9373Å), монохроматор в отраженных лучах. Интенсивность рассеяния измерялась в интервале углов 2δ от 3° до 100° с шагом 0,1°. В процессе обработки данных и исследования структуры использовались программные комплексы SPG, TREOR, MRIA, PCMODEL, HyperChem. На первом этапе ренгтенограмма используется для проведения процедуры индицирования, нахождения группы возможных сингоний, в которых может кристаллизоваться вещество, получения соответствующих параметров элементарной ячейки — периодов и углов. В результате для рассмотрения была принята триклинная сингония, пространственная группа Р-1. На втором этапе разложения порошковых спектров на интенсивности отдельных отражений наиболее удачными оказались три варианта:

№	а, Å	b, Å	c, Å	α	β	γ
1	7,799	11,058	19,128	77,837	115,495	83,206
2	7,287	12,427	18,481	65,861	69,079	62,146
3	7,269	12,321	22,107	60,681	128,392	117,682

Следующим этапом стало построение модели молекулы, при котором использовались данные из литературы по настоящей тематике и Кембриджская база данных. Используя эту информацию, при помощи программы Hyper Chem была построена модель молекулы исследуемого соединения. Следующим этапом стала оптимизация геометрии молекулы с применением методов молекулярной механики. Были использованы методы Ньютона, Полака, наискорейшего спуска, Флетчера. Методы Полака и Флетчера дали близкие друг к другу результаты. Далее была проведена процедура вращения и перемещения молекулы в элементарной ячейке. В дальнейшем планируется провести более подробный, с мелким шагом, поиск структурного мотива в области углов и смещений, давших наилучший результат; уточнение методом Ритвельда и окончательное решение структуры.
^

СТРУКТУРА ФАЗ LiNbO₃, LiTaO₃, NaTaO₃

Федорова Е. — студ. 3 курса
Научный руководитель — канд. физ.-мат. наук, доц. Алешина Л. А.

Целью данной работы были анализ структуры и уточнение структурных характеристик ниобатов и танталатов Li. Образцы были предоставлены Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья (ИХТРЭМС) Кольского научного центра РАН. Полученные порошковые образцы снимались на дифрактометре ДРОН-6 (CuK_α излучение, λ=1,4178 Ǻ) в интервале углов 2θ от 3° до 140° с шагом 0,1° для обзорной рентгенограммы, съемка по интервалам проводилась с шагом 0,02° для области отражений и 0,2° для области фона. Были построены рентгенограммы трех образцов. Рентгенограммы для
LiTaO₃ и LiNbO₃ качественно подобны, что говорит о близкой атомной структуре. Рентгенограмма NaTaO₃ значительно отличается по положению линий и их относительным интенсивностям. Исходные данные для координат атомов, периодов элементарной ячейки и углов были взяты из работ [1—3]. Уточнение структурных характеристик проводилось при помощи метода Ритвельда — полнопрофильный анализ рентгенограмм поликристаллов, который реализован в программах pdr и PDWin 4,0. Было установлено, что кристаллы танталата натрия относятся к кубической сингонии, пространственная группа Pm-3m, уточненное значение периода а=3,9325 Ǻ. Ниобат и танталат лития относятся к ромбоэдрической сингонии, периоды элементарной ячейки в гексагональной установке а=5,24 Ǻ, с=13,86 Ǻ. В [3] для структуры LiNbO₃ были проведены исследования температурных фазовых переходов. Были рассмотрени 3 пространственные группы: R3c, R-3c, R-3. Показано, что при повышении температуры происходит изменение пространственной группы и координат атомов. Для всех трех случаев были рассчитаны и построены штрихдиаграммы, которые сравнивались с штрихдиаграммой исследуемого образца. Наилучшим образом подходит пространственная группа R3c, уточненные значения периодов элементарной ячейки получились равными а=5,149 Ǻ, с=13,869 Ǻ, они близки к значениям для фазы в [3] при T=300 K. Профильный фактор недостоверности составил 16%, поэтому планируется в дальнейшем уточнение координат атомов и характеристик теплового движения. При помощи программ 3dsv1,5 представлены элементарные ячейки каждой структуры в виде объемной картинки, на которой хорошо видны расположение атомов и соединяющие их связи.

Список литературы

1. Ismailzade I. G. // Kristallografiya. 1962. № 7. С. 718—723.

2. Abrahams S. C., Levinstein H. J., Reddy J. M. // Journal of physics and chemistry of solids. 1966. V. 27. P. 1019—1026.

3. Boysen H., Altorfer F. // Acta crystallographica. 1994. B 50. P. 405—414.
^

Сравнение дефектной структуры зубных
тканей разных классов млекопитающих
по данным рентгеновского эксперимента

Шимоволос Ю. — студ. 3 курса
Научный руководитель — канд. физ.-мат. наук, доц. Репникова Е. А.

Проводился эксперимент по исследованию зубных тканей разных классов млекопитающих с помощью рентгеновской камеры КРМ-2. Были исследованы зубы ребенка, взрослого человека, зайца, щенка и некоторых видов европейских лосей из разных областей Финляндии. В ходе эксперимента были получены кривые распределения интенсивностей рассеяния зубными тканями. Характер угловых зависимостей интенсивности малоуглового рассеяния (МУР) свидетельствовал об истинной природе рассеивающих центров. Установлено, что вклад в интенсивность МУР дают две размерные фракции пор: 13—21 Ǻ и 45—60 Ǻ. Более однородными по пористости являются зубы щенка. Основной вклад в интенсивность рассеяния вносят более крупные поры, при этом концентрация крупных пор в сотни и тысячи раз превышает аналогичную величину для мелких пор. Форма пор, оцененная из наклонных съемок, близка к равноосной.
^

РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ВОЛЛАСТОНИТА

Сивоконь М. — студ. 2 курса
Научный руководитель — канд. физ.-мат. наук, доц. Репникова Е. А.

Целью работы являлось изучение влияния степени измельчения на структуру минерала волластонита CaSiO₃. Рентгенографирование образца волластонита (CaSiO₃) производилось на установке ДРОН 2.0 в медном монохроматизированном излучении. В качестве монохроматора, установленного в отраженном пучке, был использован пиролитический графит. Исследуемый образец измельчался в течение 30 минут. Сканирование образца осуществлялось в интервале углов 2θ от 3° до 145° с шагом Δ2θ=(0,1° – 0,5°). Время регистрации импульсов в каждой точке составляло 5 и 20 секунд соответственно. Перевод значений интенсивности в электронные единицы производился по рассеянию независимым эталоном, используя нормировку «по хвосту». Вводились поправки на рассеяние воздухом в том же интервале углов. Волластонит кристаллизовался в триклинной сингонии. Размол образца привел к аморфизации его структуры. По методике парных функций рассчитаны характеристики ближнего порядка (БП) (табл. 1).

^ Таблица 1

Характеристики БП в аморфном образце в сравнении
с усредненными значениями межатомных расстояний _ij>
и среднего числа соседей N_ij в кристалле волластонита

i-j	rij, Å	Nij	σij, Å	кристаллij>, Å	Nij
Si-OI	1,61	4,5	0,15	1,61	4
Ca-OI	2,43	6,1	0,15	2,48	6
O-OI	2,9	6,0	0,38	2,90	6
Si-Ca	3,31	9,3	0,45	3,24	9
Si-OII	3,85	19,3	0,28	3,86	6

* σ_ij — размытие координационных сфер.

Как видно из таблицы, характер упорядочения атомов в исследуемом размолотом образце соответствует расположению атомов в кристаллической структуре волластонита в области ближнего порядка.
^

СТРУКТУРА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВОЛЛАСТОНИТА

Альперович Е. — студ. 2 курса
Научный руководитель — канд. физ.-мат. наук, доц. Алешина Л. А.

Цель работы — проведение фазового анализа и определение атомной структуры волластонита.

Образцы были предоставлены институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья (ИХТРЭМС, Апатиты). Исследуемый образец CaSiO3 синтезировали спеканием CaCO3 «чда» и аморфного SiO2 «чда» (прокаленного для удаления воды при 1000 °C в течение 12 час), взятых в стехиометрической пропорции. Спекание проводили при 1200 °С в течение 10 час. Перед спеканием смесь тщательно растирали и прессовали в таблетки. Для обеспечения полноты проведения реакции операцию спекания с предварительным растиранием и прессованием проводили трижды. Рентгенограммы CaSiO3 были получены на дифрактометрах ДРОН-УМ
(Fe K_ излучение) и ДРОН-6 (Cu K_ излучение). Монохроматор (пиролитический графит) был установлен в падающих лучах. В природе существует
2 вида минерала: волластонит и псевдоволластонит. Проведенный качественный фазовый анализ полученных рентгенограмм показал, что они соответствуют данным для псевдоволластонита (цикловолластонита). Псевдоволластонит по данным базы Минкрист существует в трех формах: первая форма представляет собой кристалл с триклинной решеткой и пространственной группой С1(-) a=6.8530, b=11.8950, c=19.6740Å, =90.12, =90.55, =90; вторая форма отличается более высокой симметрией — моноклинной, пространственная группа С2/с a=6.8394, b=11.8704, c=19.6313Å, =90.67; третья форма также имеет моноклинную решетку с пространственной группой С2 /с, но характеризуется примерно вдвое меньшей элементарной ячейкой a=11.8322, b=6.8624, c=10.5297Å, =111.245. Сопоставление рентгеновских дифракционных картин с рассчитанными по данным базы Минкрист показало, что исследуемый образец относится к триклинной сингонии. Методом полнопрофильного анализа рентгенограмм поликристаллов уточнялись периоды и углы элементарной ячейки. Были получены следующие значения периодов и углов элементарной ячейки: a=6.82, b=11.88, c=19.62Å, =90.1, = 90.47, = 89.85. Факторы недостоверности: R_p — 11% (профильный) и R_f — 8% (брэгговский). Сравнение с литературными данными показывает, что исследуемый образец характеризуется меньшими значениями периодов a, b, c. Значения углов элементарной ячейки в пределах погрешности совпадают с литературными данными. Меньшие значения периодов свидетельствуют о более высокой плотности полученного указанным выше способом материала по сравнению плотностью природного минерала.
^

СТРУКТУРА ОСАДКА РОДНИКОВОЙ ВОДЫ

Захаров А. — студ. 2 курса
Научные руководители — инженер Семенова Т. А.,
канд. физ.-мат. наук, доц. Алешина Л. А.

Целью работы было рентгенографическое исследование осадка родниковой воды, образующегося при ее кипячении. Образец был предоставлен В. П. Малиненко (кафедра ФТТ). Рентгенограмма была получена на установке Дрон-6 (СuK_α излучение, λ=1.54178Å) в интервале углов 2 от 22° до 144°. Область пиков рентгенографировалась с шагом 0,02°, область фона — с шагом 0,05° за 20 секунд. По экспериментальным данным при помощи пакета программ BASA был проведен качественный фазовый анализ. Было показано, что исследуемый образец представляет собой кальцит CaCO₃. Известно, что кальцит имеет ромбоэдрическую структуру, пространственная группа R-3c, параметры решетки: период a=6,37Å, угол =46,12°. Координаты атомов приведены в [1]. По координатам атомов была рассчитана и построена штрихдиаграмма, которая по положениям линий и их относительным интенсивностям совпала с экспериментальной рентгенограммой. Дальнейшая обработка результатов эксперимента проводилась методом полнопрофильного анализа, который реализован в программе PDR. Данная программа предназначена для уточнения по методу наименьших квадратов фазовых и структурных параметров моно- и поликристаллов по данным порошковой дифракции.
В процессе работы уточнялись периоды и углы элементарной ячейки и координаты атомов. В качестве исходных данных для программы PDR были взяты данные [1]. После уточнения структурных и профильных параметров факторы недостоверности составили: R_p=20,4%, R_b=30,4%. Так как факторы недостоверности имели достаточно высокие значения, было принято решение изменить пространственную группу R-3c на близкую ей R3c. Для данной пространственной группы после уточнения структурных и профильных параметров были получены следующие факторы недостоверности: R_p=10,2%, R_b=14,3%. При помощи программ визуализации построены элементарные ячейки кальцита по теоретическим и уточненным данным. Наблюдается смещение атомов из своих идеальных положений. В дальнейшем представляет интерес проведение исследования осадков воды, взятой из-под крана, а также озерной и минеральной.

^ Список литературы

1. Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии / Т. Пенкаля. Л.: Химия, 1974.