Лаборатория Физической Электроники

 

4_86_

P1030394

 

 

 

 

 

P4230038

Шикин Александр Михайлович, докт. ф.-м. наук, проф., заведующий лабораторией «Физическая электроника» с 2010 г.

Адамчук Вера Константиновна, докт. ф.-м. наук, проф., зав. лабораторией «Физическая электроника» с 1988 г. по 2010 г.

Владимиров Георгий Георгиевич, докт. ф.-м. наук, проф.,

 

0236

IMG_4119

IMG_2425

Рыбкин Артем Геннадиевич,

канд. ф.-м. наук, ст. научн. сотр,,

Директор Ресурсного Центра «Физические методы исследования поверхности»

Усачев Дмитрий Юрьевич,

канд. ф.-м. наук, доцент,

ст. научн. сотр,

 

Рыбкина Анна Алексеевна,

зам. зав. лаборатории по организационным вопросам

Методики научных исследований, используемые в лаборатории в настоящее время и основные направления исследований

 

1.      Фотоэлектронная спектроскопия внутренних уровней и валентной зоны

2.      Фотоэлектронная спектроскопия с применением синхротронного излучения

3.      Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением

4.      Фотоэлектронная спектроскопия со спиновым разрешением

5.      Оже-электронная спектроскопия с участием электронов внутренних уровней и валентной зоны

6.      Спектроскопия потенциалов появления и исчезновения в областях порогов ионизации внутренних уровней, включая спектроскопию упругого отражения

7.      Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов

8.      Дифракция медленных электронов

9.      Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия

10.  Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов

11.  Автоэлектронная микроскопия

 

Оборудование, имеющееся в настоящее время в лаборатории для проведения научных исследований и выполнения студенческих бакалаврских, магистерских и аспирантских работ

 

1.      Комплексный рентгено-электронный и оже-электронный спектрометр Kratos 800

 

            Спектрометр позволяет проводить исследования методами рентгеновской  фотоэлектронной спектроскопии внутренних уровней для элементного и химического анализа и растровой оже-спектроскопии – для анализа распределения химических элементов по поверхности наносистем и наноструктурированных объектов.

Система двухкамерного типа с возможностью перезарядки образцов с атмосферы, не нарушая вакуумных условий. Система обеспечивает возможность формирования наносистем методом вакуумного напыления различных веществ непосредственно в процессе изучения наносистем, а также синтеза графен-содержащих систем методом крекинга углеводородов.  Имеется возможность масс-спектрометрического состава остаточных газов и проведение термодесорбционных измерений. Энергия фотонов при измерениях методом рентгеноэлектронной спектроскопии – 1253.6 и 1486.6 эВ. Энергия первичных электронов в методе оже-электронной спектроскопии от 1000 до 5000 эВ.

0228-3

 

2.      Комплексный электронный спектрометр ESCAlab

            Спектрометр позволяет проводить исследования методом фотоэлектронной спектроскопии внутренних уровней и валентной зоны, получать информацию об  элементном  и химическом составе  наноструктурированных объектов с возможностью анализа профиля распределения элементов по глубине при помощи послойного травления ионным пучком. Система состоит из трех камер с возможностью экспресс-перезарядки образцов с атмосферы, не нарушая вакуумных условий. Система обеспечивает возможность формирования наносистем методом вакуумного осаждения непосредственно в процессе измерений. Имеется возможность контролируемого напуска газов, что позволяет формировать слои углеродосодержащих систем и монослоев графена методом крекинга углеводородов. Параметры установки позволяют проводить формирование наносистемin situ” в чистых условиях  и осуществить контроль за элементным и химическим составом. Базовое давление в камере анализатора  – 10-10 – 10-11 торр. Энергия фотонов при измерениях методом рентгеноэлектронной спектроскопии – 1253.6 эВ.

0165IMG_1879

 

3.      Фотоэлектронный спектрометр с угловым разрешением ADES-400

Спектрометр предназначен для изучения электронной структуры валентной зоны и дисперсионных зависимостей валентных электронных состояний различного типа поверхностных и низкоразмерных структур, а также для изучения спектров квантовых состояний и их изменений непосредственно в процессе формирования тонких пленок и квантовых объектов. Формирование изучаемых систем производится “in situ”, т.е. в том же объеме, где и проводится измерения, не нарушая вакуумных условий.  Базовое давление в камере анализатора  – 10-10 – 10-11 торр. В качестве источника излучения используется гелиевая лампа с энергий излучения 21.2 и 40.8 эВ. Для анализа структуры поверхности и формируемых низкоразмерных систем используется метод дифракции медленных электронов.

 

4.      Серия сканирующих зондовых микроскопов фирмы НТ-МДТ:

Solver-ProM, Solver Ntegra, Solver Next

 

Серия сканирующих зондовых микроскопов предназначена для изучения морфологии и структуры реальных металлических, полупроводниковых и диэлектрических наноструктурированных объектов, а также для изучения распределения по поверхности коэффициентов жесткости, упругости и магнитных характеристик наносистем. Ниже будут перечислены основные характеристики используемых в лаборатории атомно-силовых микроскопов

СОЛВЕР PRO-M – Воздушный Сканирующий Зондовый Микроскоп универсальный по своим функциональным и измерительным возможностям.

СОЛВЕР НЕКСТ – новейшая разработка компании НТ-МДТ, открывающая новую линию сканирующих зондовых микроскопов, предназначенных для широкого круга исследований. Полная автоматизация настроек и режимов измерений, моторизованное позиционирование образца с привязкой к системе видеонаблюдения, интеллектуальное программное обеспечение. Встроенные датчики обратной связи обеспечивают высокую точность позиционирования зонда и исключают возможные искажения изображения. Технология использования встроенных датчиков компенсирует неизбежное несовершенство пьезокерамики — нелинейность, крип и гистерезис. Две стационарные, автоматически устанавливаемые АСМ и СТМ головки обеспечивают большую свободу в выборе методик и условий измерений. Уникальная конструкция прибора позволяет при смене измерительных головок попадать в ту же область поверхности образца.

НТЕГРА Аура - НаноЛаборатория, специально созданная для работы в условиях контролируемой атмосферы или низкого вакуума. НТЕГРА Аура разработана для осуществления с помощью методов высокоточных АСМ, ЭСМ и МСМ измерений, а также измерений адгезионных сил в условиях контролируемой атмосферы или низкого вакуума.

5.      Комплексный вторично-электронный и оже-электронный спектрометр

Спектрометр предназначен для изучения электронной структуры поверхности твердых тел методами оже-электронной спектроскопии, спектроскопии характеристических потерь энергии электронов, спектроскопии потенциалов появления, дифракции медленных электронов и        интегральной вторично-электронной спектроскопии.

naukograd067

 

 

Основные направления исследований, развиваемые в лаборатории в настоящее время, и основные публикации за 2008-2012 годы сотрудников лаборатории в данных направлениях

 

1.      Изучение модификации электронной структуры низкоразмерных систем различного типа (2D – ультратонкие квантовые слои, 1D – упорядоченные ансамбли квантовых проволок и полосок,  0D – ансамбли нанокластеров). Квантование электронной структуры. Влияние квантово-размерных эффектов на модификацию электрофизических и магнитных свойств слоистых систем.

 

1. A.G.Rybkin, A.M.Shikin, D. Marchenko, A.Varykhalov, O.Rader “Spin-dependent avoided-crossing effect on quantum-well states in Al/W(110)”, Phys. Rev. B 85, 045425 (2012).

2. A.M.Shikin, A.Varykhalov, O.Rader, V.K.Adamchuk, W.Gudat “Quantum-size effects in the electronic structure of low-dimensional metallic systems”, J. Appl. Rhys. A  94, 449-453 (2009).

3. Н.А.Виноградов, Д.Е.Марченко, А.М.Шикин, В.К.Адамчук, О.РадерРазмерные эффекты в ультратонких пленках Mg/W(110): квантовые состояния”, ФТТ 51, 168 (2009).

4. А.М.Шикин, В.К.АдамчукКвантоворазмерные эффекты в тонких слоях металлов на поверхности монокристаллов и их анализ”,  ФТТ 50, 1121  (2008)

 

2.      Изучение спиновой структуры низкоразмерных систем. Эффекты индуцированной спиновой поляризации электронных состояний валентной зоны. Спинтроника.

1. A.G.Rybkin, E.E. Krasovskii, D. Marchenko, E.V.Chulkov, A.Varykhalov, O.Rader, A.M.Shikin “Topology of spin polarization of the 5d states on W(110) and Al/W(110) surfaces”, Phys. Rev. B 86, 035117 (2012).

2. D. Marchenko, A.Varykhalov, M.R.Scholtz, G.Bihlmayer, I.Rashba, A.Rybkin, A.M.Shikin, O.RaderGraphene for spintronics: Giant Rashba splitting due to hybridization with Au”, arXiv:1208.4265v1[cond.-mat.mtzl-sci]

3. А.М.Шикин, А.Г. Рыбкин, Д.Е.Марченко, А.А.Попова, А.Варыхалов, О.РадерГрафен. Синтез и особенности электронной структуры”, Российские нанотехнологии 6, 9-10 (2011)

4. A.G.Rybkin, A.M.Shikin,V.K.Adamchuk, D. Marchenko, C.Bismas, A.Varykhalov, O.Rader ”Large spin-orbit splitting in light quantum films: Al/W(110)”, Phys. Rev. B 82, 233403 (2010)

5. А.М.Шикин, А.Г. Рыбкин, Д.Е.Марченко, Д.Ю.Усачев, В.К.Адамчук, А.Варыхалов, О.РадерИндуцированное подложкой спин-орбитальное расщепление квантовых и интерфейсных состояний в слоях Au, Ag и Cu различной толщины на поверхностях W(110) и Mo(110)”, ФТТ 52б 1412 (2010).

6. А.М. Шикин, Д.Е. Марченко, Н.А. Виноградов, Г.В. Прудникова, А.Г. Рыбкин, В.К. Адамчук, О. Радер “Анализ возможности спин-орбитальной природы расщепления поверхностных состояний в тонких слоях Mg(0001) на поверхности W(110) и Mo(110)” ФТТ 51, 572 (2009).

7. А.М.Шикин, О.Радер “Квантовые состояния как посредники в квантовом взаимодействии”, Природа 5, 18 (2010).

8. O.Rader, A.Varykhalov, J. Sanches-Barriga, D.Marchenko, A. Marchenko, A. Rybkin, A.M. Shikin “Is there Rashba effect in graphene on 3d ferromagnets?”, Phys. Rev. Lett. 102, 057602 (2009).

9. A.M.Shikin, A.Varykhalov, G.V.Prudnikova, D.Usachov, V.K.Adamchuk, Y.Yamada, J.D.Riley, O.Rader “Origin of spin-orbit splitting for monolayers of Au and Ag on W(110) and Mo(110)”, Phys. Rev. Lett. 100, 057601 (2008).

10. A. Varykhalov, J. Sanchez-Barriga, A.M. Shikin, W. Gudat, W. Eberhardt, O.RaderQuantum  cavity for spin due to  spin-orbit interaction at metal boundary”, Phys. Rev. Lett. 101, 256601 (2008)

 

3.      Изучение модификации электронной структуры графена и графен-содержащих систем при взаимодействии с различными металлами и синтезе на различных подложках. Низкоразмерные системы на основе различных аллотропных модификаций углерода.

1.   D.Usachov, O.Vilkov, A.Grüneis, D.Haberer, A Fedorov, V.K.Adamchuk, A.B.Preobrajenski, P.Dudin, A.Barinov, M.Oehzelt, C.Laubschat, and D.V.Vyalikh. “Nitrogen-doped graphene: efficient growth, structure and electronic properties”. Nano Letters 11, 5401 (2011)

2.   D.Haberer, C.E.Giusca, Y.Wang, H.Sachdev, A.V.Fedorov, M.Farjam, S.A.Jafari, D.V.Vyalikh, D.Usachov, X.Liu, U.Treske, M. Grobosch, O.Vilkov, V.K.Adamchuk, S.Irle, S.Ravi, P Silva, M.Knupfer, B.Büchner, A. Grüneis. “Evidence for a New Two-Dimensional C4H-Type Polymer Based on Hydrogenated Graphene”. Advanced Materials 23, 4497(2011)

3.   А.А.Попова, А.М.Шикин, А.Г.Рыбкин, Д.Е.Марченко, О.Ю.Вилков, А.А.Макарова, А.Ю.Варыхалов, О Радер “Роль ковалентного взаимодействия в формировании электронной структуры графена на поверхности Ni(111)с интеркалированными слоями Au и Cu”, ФТТ 53, 2409 (2011)

4.   АВёдоров, А.Ю.Варыхалов, А.М.Добротворский, А.Г.Чикина, В.К.Адамчук, Д.Ю.Усачёв. “Структура графена на поверхности Ni(110)” ФТТ 53 , 1850-1854 (2011)

5.   D.Usachov, V K.Adamchuk, D Haberer, A Grüneis, H.Sachdev, A.B.Preobrajenski, C.Laubschat, D.V. Vyalikh. Quasifreestanding, single-layer hexagonal boron nitride as a substrate for graphene synthesis”, Phys. Rev. B 82, 075415 (2010)

6.   А.М. Шикин, В.К. Адамчук, К.-Н. Ридер “Формирование квазисвободного графена на поверхности Ni(111)  с интеркалированными слоями Cu, Ag, Au”, ФТТ 51, 2251 (2009).

7.   A. Varykhalov, J. Sanchez-Barriga, A.M. Shikin, C. Bismas, E. Veskovo, A. Rybkin, D. Marchenko, O. Rader “Electronic and magnetic properties of quasi-free standing graphene on Ni”,  Phys. Rev. Lett. 101, 157601 (2008).

8.   D.Usachov. A.M.Dobrotvorskii, A.Varykhalov, O.Rader, W.Gudat, A.M.Shikin, V.K.Adamchuk “Experimental and theoretical study of graphene morphology on commensurate and incommensurate Ni single-Crystal surfaces”, Phys. Rev. B 78, 085403 (2008) .

 

4.      Изучение электронной структуры и локальной микротопографии практически важных металлических, полупроводниковых и диэлектрических систем.

1.    B.V. Senkovskiy, D.Yu. Usachov, A.V. Fedorov, O.Yu. Vilkov, A.V. Shelyakov, V.K. Adamchuk. Electronic structure of Ti–Ni alloys: An XPS and NEXAFS study. Journal of Alloys and Compounds 537, 190–196 (2012)

2.    Б.В. Сеньковский, Д.Ю. Усачёв, А.В. Фёдоров, А.В. Шеляков, В.К. Адамчук. Экспериментальное исследование валентной зоны сплавов Ti(NiCu) с различным составом и кристаллической структурой. ФТТ 54, вып. 8, 1441 (2012)

 

5.      Формирование и изучение локальной атомной структуры кластеров металлов в системах на основе высокомолекулярных соединений.

 

 

Контакты лаборатории физической электроники

 

Шикин Александр Михайлович  -  тел.: 428 43 67 

e-mail: shikin@paloma.spbu , ashikin@inbox.ru

Адамчук Вера Константиновна - тел.: 428 43 69

e-mail: adamchuk@paloma.spbu , vkadamchuk@mail.ru

Владимиров Георгий Георгиевич   -  тел.: 428 45 41

e-mail: George.Vladimirov@paloma.spbu.ru,

Рыбкин Артем Геннадиевич – тел.: 428 43 67

e-mail: arton@inbox.ru

Усачёв Дмитрий Юрьевич – тел.: 428-43-69

e-mail: usachov.d@gmail.com

Рыбкина Анна Алексеевна – тел.: 428 43 67

e-mail: rybkina-anna@bk.ru