Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Комплексный подход к изучению фрактальных структур на поверхности железа

А.С. Антонов1, Н.Ю. Сдобняков1, В.А. Анофриев1, М.С. Афанасьев2,3, Е.М. Семенова1, В.В. Макаев1

1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»
3 Фрязинский филиал ФГБУН «Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.007

Оригинальная статья

Аннотация: Наноразмерные пленки железа различной толщины и на разныхпространственных масштабах изучены  с помощью двух альтернативных методов: атомно-силовой микроскопии и сканирующей туннельной микроскопии. Выявлено, что морфология поверхности и фрактальная размерность зависят не только от толщины пленки, но и от условий осаждения, и последующей цифровой обработки. Сделан вывод о том, что поверхность имеет сильно развитый рельеф, что отвечает наличию высоких значений фрактальной размерности. Выдвинута гипотеза о том, что присутствие оксидов железа на поверхности исследуемых образцов существенно влияет на их морфологию, способствуя формированию сложного и высокоразвитого рельефа. Эти оксиды приводят к образованию структурных неоднородностей, что приводит к наблюдению на поверхности пленки агломератов с достаточно широким диапазоном значений фрактальной размерности (от 2,49 до 2,94), т.е. оксиды способствуют агрегации частиц, создавая более сложную структуру поверхности. Кроме того, метод выделения агломератов позволил фиксировать увеличение величиныфрактальной размерности, что  говорит об эффективности выделения и изучения отдельных сложных по структуре объектов поверхности. Таким образом, для наноразмерных пленок железа становится важным учет эффектов  окисления иагломерации элементов поверхности при их анализе и выборе способа получения для выявления структур с определенным значением фрактальной размерности.

Ключевые слова: атомно-силовая микроскопия, сканирующая туннельная микроскопия, магнетронное напыление, фрактальная размерность, пленки железа

  • Антонов Александр Сергеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Сдобняков Николай Юрьевич – д.ф.-м.н., доцент кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Анофриев Виталий Александрович – аспирант 2-го года обучения кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Афанасьев Михаил Сергеевич – д.т.н., доцент, профессор, ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет», ведущий научный сотрудник Фрязинский филиал ФГБУН «Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН»
  • Семенова Елена Михайловна – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики конденсированного состояния, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
  • Макаев Владислав Викторович – студент 4 курса кафедры общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Ссылка на статью:

Антонов, А.С. Комплексный подход к изучению фрактальных структур на поверхности железа / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, В.А. Анофриев, М.С. Афанасьев, Е.М. Семенова, В.В. Макаев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 7-23. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.007.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Persson, B.N.J. On the fractal dimension of rough surfaces / B.N.J. Persson // Tribology Letters. – 2014. – V. 54. – I. 1. – P. 99-106. DOI: 10.1007/s11249-014-0313-4.
2. Сдобняков, Н.Ю. Морфологические характеристики и фрактальный анализ металлических пленок на диэлектрических поверхностях: монография / Н.Ю Сдобняков, А.С. Антонов, Д.В, Иванов. – Тверь: ТвГУ, 2019. – 168 с.
3. Zhou, W. Fractal analysis on surface topography of thin films: a review / W. Zhou, Y. Cao, H. Zhao et al. //Fractal and fractional. – 2022. – V.6. – I. 3. – Art. № 135. – 30 p. DOI: 10.3390/ fractalfract6030135.
4. Анофриев, В.А. К проблеме автоматизации процесса определения фрактальной размерности / В.А. Анофриев, А.В. Низенко, Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 264-276. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.264.
5. Иванов, Д.В. О формировании фрактальных пленок железа / Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова, А.И. Иванова, Н.Б. Кузьмин, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 108-119. DOI:10.26456/pcascnn/2022.14.108.
6. Фильнов, С.О. Совместная интеркаляция ультратонких пленок Fe и Co под буферный слой графена на монокристалле SiC(0001) / С.О. Фильнов, Д.А. Естюнин, И.И. Климовских и др. // Письма в журнал экспериментальной и технической физики. – 2023. – Т. 117. – Вып. 5-6. – С. 369-376. DOI: 10.31857/S1234567823050087.
7. Arnault, J.C. Roughness fractal approach of oxidised surfaces by AFM and diffuse X-ray reflectometry measurements / J.C. Arnault, A. Knoll, E. Smigiel, A. Cornet // Applied Surface Science. – 2001. – V. 171. – I. 3-4. – P. 189-196. DOI: 10.1016/S0169- 4332(00)00550-X.
8. Мягков, В.Г. Фрактальное окисление аморфных плёнок железа / В.Г. Мягков, В.С. Жигалов, С.М. Жарков // Доклады академии наук. – 1996. – Т. 346. – № 5. – С. 612-615.
9. DigitalSurf. – Режим доступа: www.url: https://www.digitalsurf.com. – 1.04.2024.
10. Image Analysis P9. Руководство пользователя. – M.: НТ-МДТ СИ, 2019. – 582 c.
11. Свидетельство № 2021618928 Российская Федерация. FractalSurface: программа для анализа поверхности на наноуровне / Н.Ю. Сдобняков, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов, Д.В. Иванов; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет». – № 20216180353; заявл. 27.05.2021; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 02.06.2021. – 1 с.
12. Свидетельство № 2023614856 Российская Федерация. FractalSurface 2.0: программа для анализа поверхности на наноуровне / Н.Ю. Сдобняков, В.А. Анофриев, А.В. Низенко, А.С. Антонов, Д.В. Иванов, Н.Б. Кузьмин; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет». – № 2023613525; заявл. 28.02.2023; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 06.03.2023. – 1 с.
13. Анофриев, В.А. Паттерн формирования фрактального рельефа для наноразмерных плёнок молибдена / В.А. Анофриев, А.С. Антонов, Д.В. Иванов и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 17-31. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.017.
14. Krim, J. Scanning tunneling microscopy observation of self-affine fractal roughness in ion-bombarded film surfaces / J. Krim, I. Heyvaert, C. Van Haesendonck, Y. Bruynseraede // Physical Review Letters. – 1993. – V. 70. – I. 1. – P. 57-60. DOI: 10.1103/PhysRevLett.70.57.
15. Иванова, Н.А. Образование в газовой фазе агрегатов железа и углеродных наноструктур с включениями железа / Н.А. Иванова, А.М. Бакланов, А.А. Онищук // Химическая физика. – 2005. – Т. 24. – № 4. – С.84-94.
16. Юрков, А.Н. Использование планарного магнетрона для напыления ферромагнитных пленок микронной и нанометровой толщины / А.Н. Юрков, Т.В. Власова, Г.А. Крикунов, М.А. Кононов // Прикладная физика. – 2010. – № 3. – С. 103-108.
17. Сдобняков, Н.Ю. Измерение вольт–амперных характеристик туннельного контакта вольфрам–золото / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Т.Ю. Зыков и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. − 2011. − Вып. 3. − C. 206-216.
18. Антонов, А.С. Исследование фрактальных свойств наноразмерных пленок золота, серебра и меди: атомно-силовая и туннельная микроскопия / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Д.В. Иванов и др. // Химическая физика и мезоскопия. – 2017. – Т. 19. – № 3. – С. 473-486.
19. Ivanov, D.V. Determination of the fractal size of titanium films at different scales / D.V. Ivanov, A.S. Antonov, E.M. Semenova et al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – V. 1758. – Art. № 012013. – 6 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1758/1/012013.

Содержание | Следующая статья ⇒