На правах рукописи

Векессер Наталья Александровна

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО СТРОЕНИЯ

ТВЕРДОФАЗНЫХ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ

СТРУКТУР ПЛАЗМОННЫМ МЕТОДОМ

Специальность: 02.00.04 «Физическая химия»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Челябинск, 2010

Работа выполнена на кафедре «Общей и теоретической физики» ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Байтингер Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: Беленков Евгений Анатольевич доктор физико-математических наук, профессор Клебанов Игорь Иосифович кандидат физико-математических наук, доцент

Ведущая организация: ОАО «Уральский электродный институт»

Защита состоится 24 декабря 2010 г. в на заседании диссертационного совета ДМ 212.295.06 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» и ГОУ ВПО «Челябинский государственный университет»

по адресу:

454080, г. Челябинск, пр. им. В. И. Ленина, 69, ауд. 116.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет»

Автореферат разослан «»_ 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук, Свирская Л.М.

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам, углерод находит широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Он незаменим в таких областях промышленности как атомная энергетика, ракетная техника, металлургия, электроника и т.д. Технический прогресс стимулирует создание новых материалов на основе углерода. В настоящее время большой интерес вызывают низкоразмерные структурные формы углерода, к которым относятся графит (графен), карбин, и синтезированные в течение последних 20-25 лет фуллерены и тубулены.

Графит, являясь термодинамически стабильной формой кристаллического углерода, представляется родоначальником большого класса углеродных материалов с неупорядоченным или нарушенным атомным строением со слоевой упаковкой атомов углерода. К этому классу добавились каркасные углеродные структуры (тубулены), у которых графитовый слой является составляющим элементом конструкции. По этой причине подробное изучение плазмонных возбуждений в графите представляет основу для понимания аналогичных процессов в углеродных структурах.

Одномерный углерод (карбин и карбиноподобные материалы) имеет перспективы практического использования в оптике, микроэлектронике, медицине, синтезе алмазов и других отраслях науки и техники. Он является хорошим объектом для проверки новых представлений об одномерном состоянии углерода, предсказания физико-химических свойств одномерных кристаллов. В нашей работе использован классический химический синтез карбина из поливинилиденфторида (ПВДФ).

Исследования углеродных нанотрубок представляют также значительный фундаментальный и прикладной интерес. Особое внимание к этому объекту обусловлено широким диапазоном изменения физикохимических свойств в зависимости от диаметра, хиральности и наличия дефектов.

Характеристические коллективные колебания валентных электронов (плазмоны), сопутствующие межзонным (внутризонным) переходам, конденсированного углерода.

Наиболее общим признаком появления плазмонных (коллективных) колебаний является смена знака показателя преломления вещества п при некоторой частоте (энергии) возбуждения. Электромагнитная волна (или поток заряженных частиц) с частотой, соответствующей условию п=0, возбуждает в материале продольные (коллективные) колебания.

низкоразмерных углеродных системах позволяет изучать особенности синтеза, влияние примесей и дефектов на свойства низкоразмерных углеродных систем.

Цель настоящей диссертационной работы заключается в сравнении полученных химическим синтезом на поверхности поливинилиденфторида (или ПВДФ), плазмонным методом.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи исследований:

- изучить закономерности плазмонных колебаний как -электронов, так и всего коллектива (+) валентных электронов в кристалле графита;

- экспериментально исследовать форму сателлитов в рентгенофотоэлектронных спектрах (РФЭС) углерода и фтора в квазиодномерных углеродных структурах (карбиноидах), синтезированных на поверхности ПВДФ;

- оптическим методом определить проявление плазмонного поглощения в дегидрофторирования ПВДФ;

- осуществить феноменологическое описание плазмонной дисперсии в кристалле графита на основе кинематического приближения, а также феноменологически промоделировать спектры плазмонных потерь, используя модель Максвелла–Лоренца.

В качестве объектов исследования выбрали пленки карбиноидов на поверхности ПВДФ. Объектом сравнения служил образец сильно ориентированного пирографита.

возбуждать в углеродной среде плазмоны: метод характеристических потерь энергии электронами, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и оптическое поглощение.

Научная новизна работы:

- впервые исследована и описана дисперсия +-плазмонов в графите, - впервые экспериментально изучено плазмонное поглощение в оптических спектрах карбиноидов после химического синтеза.

Научное и прикладное значение работы заключается в разработке основ прикладной плазмоники применительно к конденсированному углероду низкой размерности. Полученная в ходе выполнения диссертационной работы совокупность экспериментальных данных может быть использована для контроля состояния углеродных систем низкой размерности в процессе химико-технологических превращений. Предложен метод определения локальной плотности углеродных материалов, в том числе наноскопических размеров, путем исследования плазмонов. Работа подкреплена грантами губернатора Челябинской области П.И. Сумина (МО/2/А за 2002 год, МО/2/А за 2003 год).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- совокупность экспериментальных данных по определению дисперсии +-плазмонов в графите, а также феноменологическая интерпретация полученных результатов, - результаты экспериментального исследования энергии -плазмонов в надмолекулярным строением оптическим методом, - результаты экспериментального исследования сателлитов, обусловленных возбуждением плазмонов, вблизи остовных 1S-линий углерода и фтора в рентгенофотоэлектронных спектрах карбиноидов, обоснование метода определения локальной плотности в конденсированном углероде путем изучения плазмонов Публикации и апробации работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, опубликованы в 19 печатных работах, из них 2 в журналах, которые по решению ВАК включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

на Всероссийской научной конференции "Физика металлов", г.

Екатеринбург, 2001; VIII научной конференции ВНКСФ, г. Екатеринбург, 2002; I Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», г. Москва, 2002; Международной научно-технической школы – конференции «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию», г. Москва, 2002; III Республиканской конференции по физической электронике, г. Ташкент, 2002; IX научной конференции ВНКСФ, г. Красноярск, 2003; XVI Международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью», фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2006; Первой международной научной конференции «Наноструктурные материалы-2008: Беларусь-Россия-Украина (НАНО-2008)», Минск, 2008; V Ставеровских чтениях «Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы: получение, свойства, применение», Красноярск, 2009; Всероссийская научная конференция "Керамика и композиционные материалы", Сыктывкар, 2010; ежегодных научных конференциях Челябинского государственного педагогического университета с 2001 г.

Принята в печать в журнал «Неорганические материалы» статья Байтингера Е.М., Векессер Н.А., Ковалева И.Н. и др. «Структура многослоевых углеродных нанотрубок, полученных химическим осаждением из газовой фазы» (2011 г., т. 47, №3).

Личный вклад соискателя: Автором самостоятельно проведена часть экспериментов, обработаны результаты всех опытов, а также их моделирование и интерпретация. Совместно с соавторами подготовлены к печати статьи и тезисы.

Благодарности. Автор выражает благодарность своему научному руководителю профессору Е.М. Байтингеру, а также профессорам Л.А.

Песину и В.В. Викторову за помощь и советы при обсуждении экспериментальных результатов. За помощь в проведении части экспериментов автор выражает особую благодарность В.Л. Кузнецову, В.В.

Шнитову, И.Г. Маргамову.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 110 наименований. Работа содержит страниц, 46 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, отмечена новизна, указывается научная и практическая значимость результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту, сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глава представляет обзор литературы по теме диссертации.

Приводятся основные сведения об атомном строении графита, карбина, углеродных нанотрубок; результаты расчетов электронной структуры для этих материалов. Обсуждаются особенности поведения плазмонов в графите, карбине и углеродных нанотрубках. Описываются методы исследования:

метод характеристических потерь энергии электронами на отражение, оптические методы исследования и метод исследования сателлитной структуры (shake up-сателлиты) в рентгеновских фотоэлектронных спектрах C1s- и F1s-остовных электронов. Проведены оценки погрешностей методик, а также описаны способы обработки полученных результатов.

В конце главы на основе анализа приведенного обзора литературы сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе дано описание исследуемых образцов и методов исследования.

Для получения квазиодномерного углерода из серии образцов карбиноидов использован химический метод дегидрофторирования ПВДФ.

Карбиноподобные образцы синтезировали из частично кристаллизованной пленки ПВДФ марки KYNAR. В качестве реакционной среды использовалась смесь насыщенного 20%-ного раствора КОН в этаноле с ацетоном в объемном соотношении 1:9. Реакцию дегидрофторирования проводили при комнатной температуре. Ее продолжительность варьировали от 1 мин до 1000 мин. При этом на поверхности ПВДФ получались тонкие слои карбиноподобной фазы, толщина которых существенно зависела от времени дегидрофторирования. По окончании реакции образцы последовательно промывали в этаноле, ацетоне и воде. Синтез осуществлен совместно с И.Г.

Маргамовым.

квазимонокристаллического графита: сильно ориентированный пиролитический графит (СОПГ), который имел размеры 1.568 мм3 и представлял крупноблочный кристалл с размерами блоков порядка 103 нм.

Разориентация гексагональных плоскостей в направлении С-оси кристалла составляла менее 0,10. Перед измерениями проводили термическую очистку поверхности образца при температуре 12000С в вакууме ~10-9 торр.

Оптические методы исследования. Спектры оптического поглощения содержат информацию не только о внутри- и межзонных переходах в исследуемых системах, но также и о колебаниях плазмонов и других квазичастиц 1. Экспериментальные результаты на карбиноидных пленках получали в интервале длин волн 200-1200 нм на спектрометре SF-56 на просвет по стандартной методике. Этот интервал энергий фотонов не достаточен для наблюдения собственно -плазмона, например, в графите. В углеродных нанотрубках плазмонные колебания имеют более широкий спектр 2. Общее условие (,q)=0, соответствующее появлению плазмона, в случае освещения образца светом становится более простым: ()=0, т.к.

импульс фотона практически равен нулю (q=0). Это является главной особенностью большинства оптических экспериментов. Все углеродные материалы с пониженной размерностью, как правило, сильно поглощают свет в широком спектральном интервале. Это накладывает ограничение на экспериментальные методики: в основном подходят такие, в которых возможно измерение «на отражение». При этом усложняется и обработка результатов, т.к. необходимо выделить слабые спектральные особенности (максимумы или локальные наплывы в спектрах) в отраженном излучении при очень небольших интенсивностях. При измерении «на отражение» может появиться некоторое количество дополнительных спектральных пиков, связанных с дефектными состояниями на шероховатой поверхности. В случае исследования поглощенной образцом компоненты излучения, интересующие спектральные особенности, наблюдали при почти 100% поглощении. Они, естественно, также очень слабы. Измерения карбиноидных пленок осуществляли в режиме «пропускание» во всем указанном интервале волновых чисел. Основные результаты получали при исследовании в интервале энергий фотонов 2,5-6,5 эВ.

Метод характеристических потерь энергии электронами (ХПЭЭ).

Спектры характеристических потерь энергии электронов (ХПЭЭ), отраженных от поверхности графита, измерялись с помощью энергоанализатора с угловым разрешением типа коническое зеркало 3. Эта работа была проведена совместно с Бржезинской М.М., Шнитовым В.В. в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург).

Анализатор работал в режиме постоянного абсолютного энергетического разрешения Е=0,6 эВ при энергии пропускания 30 эВ. Регистрация отраженных электронов, прошедших входную щель энергоанализатора, осуществлялась с помощью ряда вторичных электронных умножителей ВЭУрасположенных вдоль выходной щели прибора через равные пространственные промежутки. При этом было получено угловое разрешение 1,50 как по полярному, так и азимутальному углам. Электронная пушка была расположена в плоскости, перпендикулярной к оси вращения анализатора. Энергия первичного пучка составляла Е=200 эВ. Угол падения первичного пучка электронов на образец оставался неизменным =500. Углы сбора отраженных электронов i изменялись в процессе проведения эксперимента от 350 до 550.

Метод исследования сателлитной структуры (shake up-сателлиты).

Появление сателлитов в РФЭ спектрах обусловлено shake-up (SU) процессами при образовании основной вакансии, а также последующими потерями энергии фотоэлектронами при выходе остовного 1s-фотоэлектрона к поверхности. Форма сателлитных 1s-спектров в квазиодномерных углеродсодержащих системах несет важную информацию об электронном строении объектов. В 4 дано теоретическое описание процессов, происходящих в произвольной атомной системе в том случае, когда в ней образуется остовная вакансия. Причиной появления дырки на одном из остовных уровней является фотоионизация атома. Время существования вакансии невелико: валентные электроны достаточно быстро занимают образовавшееся свободное место в остовной оболочке. Только в этот небольшой промежуток времени атом находится в неравновесном состоянии, поскольку притяжение к ядру за счет изменения его экранирования увеличивается. Это и есть shake-up (или shake-off) процесс, приводящий к появлению сателлитов.

Фотоэлектронные спектры в рентгеновской области возбуждения измерялись с помощью рентгеновского фотоэлектронного спектрометра ЭС ИФМ-4 в Институте физики металлов (Екатеринбург) совместно с В.Л.

немонохроматическим излучением алюминиевого анода, отфильтрованным алюминиевой фольгой с энергией 1486.6 эВ (AlK1,2-излучение). Пленочные образцы крепились на держателе с помощью двух тонких вольфрамовых пружин. Магнитный энергоанализатор работал в режиме постоянной энергии пропускания 320 эВ. Энергетическое разрешение при этом составляло около 3 эВ. Давление остаточных газов в вакуумной камере не превышало 10-9 торр.

Перед измерениями каждый образец выдерживался несколько часов в вакууме с целью десорбирования с его поверхности присутствующих вольфрамовых проволочных пружин. Обработка спектров сателлитов включала вычитание фона и перенормировку шкалы энергий. За нуль всегда выбиралась энергия С1s-максимума.

В третьей главе изложены результаты проведенных экспериментов.

Методом характеристических потерь энергии электронами изучали дисперсию - и +-плазмонов в тест-объкте СОПГ. В случае объемных плазмонов +-типа выявили 4 ветви плазмонной дисперсии: G1 и G2, G1 и G2. Две ветви дисперсии +-плазмонов G1 и G2 характеризовали другие ветви G1 и G2 - характеризовали отрицательной пространственной дисперсией.

Исследовали спектры остовных фотоэлектронов углерода (интервал энергий связи 270–330 эВ), состоящих из собственно С1s–пика и широкого сателлита энергетических потерь; спектров остовных фотоэлектронов фтора F1s и соответствующего сателлитного спектра (интервал энергий связи 670эВ). В экспериментальном сателлитном спектре образца ПВДФ методом двойного дифференцирования выявили несколько локальных максимумов, которые сопоставили с расчетным shake-up возбуждений в квазиодномерной углеродной наноцепочке (табл.1). Расчет проводили согласно [6.

Расхождение экспериментальных значений (строка Э.) и расчета (строка Р.) не превышает 1-2 эВ.

Сопоставление энергий появления максимумов (в эВ) экспериментальном сателлитном (Э.) и расчетном shake-up (Р.) спектрах квазиодномерного углерода. Первая строка: номера максимумов в сателлитном спектре ПВДФ Сателлитная структура (SU) спектров карбиноидов зависит от времени дегидрофторирования. На рис.1 приведены сателлитные SU-спектры углерода (А) и фтора (В) двух карбиноидных пленок, которые синтезированы в течение 1 мин и 980 мин. Максимумы обусловлены плазмонными возбуждениями -электронов.

Рис.1. Зависимость формы сателлитных SU-спектров карбиноидов от времени дегидрофторирования. Вверху спектры углерода (А), а внизу (В) - фтора.

В процессе химической обработки (дегидрофторирования) ПВДФ по мере увеличения времени протекания процесса происходит удаление фтора и водорода из полимерной цепи. Выделено две стадии: быстрая и медленная. К первой стадии отнесли быстрый процесс, который приводит к возникновению неравновесной тонкой карбиноидной фазы.

Экспериментальный материал, представленный на рис.1, можно интерпретировать следующим образом: присоединенный фтор в виде соединений удаляется в раствор из поверхностного слоя по мере увеличения времени дегидрофторирования, а «загрязняющие» фторные соединения диффундируют в этот слой из объема ПВДФ. Верхняя часть рисунка (А) показывает, что максимум углеродного сателлита после продолжительной химической обработки ПВДФ становится острым, исчезает плато, обусловленное химическим сдвигом за счет присоединенного к цепи фтора.

В SU-спектре фтора (В) справа от основного максимума (энергия связи 20. эВ) появляется дополнительное плечо при энергии связи 25 эВ. Это, повидимому, обусловлено фторсодержащими соединениями, не присоединенными к основной углеродной цепи.

Изучали оптические свойства полученных образцов карбиноидов в УФ области спектра. На рис.2. представлены для примера два спектра пропускания карбиноидов в широком спектральном интервале длин волн 190-1100 нм. Эксперимент показал, что край оптического поглощения тонких карбиноидных покрытий составляет 1.5 эВ. На фоне нерезонансного поглощения обнаружили локальные -плазмонные максимумы в интервале длин волн 200-400 нм (см. вставку рис.2), форма которых зависит от времени дегидрофторирования ПВДФ. При малых временах синтеза происходит увеличение энергии плазмонов от 4.2 эВ до 4.85 эВ, а при дальнейшем увеличении времени синтеза энергия -плазмонов не изменяется.

Рис.2. Спектры оптического пропускания карбиноидов со временем синтеза 1 и 30 мин.

На вставке показана часть спектров поглощения в УФ-диапазоне в увеличенном масштабе.

Глава четвертая посвящена обсуждению результатов эксперимента.

Плазмоны являются инструментом идентификации аллотропных форм углерода, в том числе полученных в существенно неравновесных условиях химического синтеза, поскольку чувствительны к одному из важных параметров, характеризующих материал, его плотности. Известно, что углеродных материалов и требует контроля. Существует связь между энергией -плазмонов и плотностью вещества. Зависимость квадрата энергии - или -плазмонов от для известных аллотропных форм углерода представлена на рис.3. Для однослоевых углеродных нанотрубок энергия -плазмонов 22 эВ, как и карбине. Пунктиром показаны линейные экстраполяции к нулевому значению. Угол наклона линий 1 и 2 к оси квадратом энергии плазмонов (Еp2) и плотностью () определен по формуле:

В последнюю формулу кроме известных мировых констант входят также плотность, ma – масса атома углерода, эффективная концентрация валентных электронов Neff и эффективная масса m* валентных электронов.

Расчетный коэффициент наклона по данным 7 при значении Neff составляет 315 эВ2 см3/г при условии, что эффективная масса m* совпадает с массой свободного электрона и диэлектрическая проницаемость m=1.

Интерполирование результатов для равновесных углеродных структур прямой линией 1 на рис.3 дает для этого коэффициента величину 300 эВ см3/г. Интерполирование прямой линией 2 для алмазоподобных материалов дает несколько меньшую величину коэффициента пропорциональности между квадратом энергии плазмонов и плотностью: 240 эВ2 см3/г, на 20% меньше указанного выше расчетного значения, приведено в 8. Для пленок карбиноидов расчет дает плотность 1,5-1,7 г/см3. Это меньше, чем плотность ПВДФ 1,78 г/см3.

Рис.3. Зависимость квадрата энергии -плазмонов (Еp2) от плотности для алмаза (А), графита (Г), карбина (К) и однослоевых углеродных нанотрубок (НТ) (линия 1).

Зачерненные кружки и линия 2 соответствуют результатам, полученным в 3 на алмазоподобных материалах. Пунктир показывает экстраполяцию к нулевому значению плотности.

В диссертации обсуждено влияние неравновесности структуры на изменение плазмонной частоты, например, для карбиноидов. Использовали модель Лоренца с параметром затухания. Потери части импульса и энергии коллективными колебаниями, или неупругость взаимодействия, для характеристики которой в работе ввели безразмерный параметр, обусловлены в основном взаимодействием плазмонов «со стенками»

наносистемы и дефектами в межслоевом (межцепочечном) пространстве.

Результаты расчетов представлены на рис.4, на котором приведены зависимости относительных частот n/p0 и р/p0 от величины параметра затухания (p0-плазмонная частота в идеальной углеродной системе без потерь). Межзонные плазмоны образуются вследствие совместного (резонансного) движения электрон-дырочных пар в поле остова. Меньшая по частоте нижняя линия определяется частотной зависимостью межзонных переходов n, а верхняя – плазмонной частотой р. Указанные две частоты сближаются при увеличении степени затухания внутри углеродной системы. Этот эффект был обнаружен при исследовании -плазмонов в карбиноидах. При критическом затухании n=р и плазмонные колебания «срываются».

Рис.4. Зависимость приведенных частот межзонных переходов (n) и плазмонов (р) от безразмерного коэффициента затухания.

В диссертации представлена простая феноменологическая интерпретация экспериментальных данных по дисперсии плазмонов на примере тест-объекта (графита). Зависимость энергии плазмонов от волнового числа (или квазиимпульса q) обусловлена взаимодействием плазмонов с другими квазичастицами. Переданный квазиимпульс определен в виде: p=q. Степень неупругости взаимодействия является главным показателем при ударе. Подгонка параметров кинематического уравнения под экспериментальные данные (светлые кружки) представлена на рис. (сплошные лини). При этом согласие можно признать удовлетворительным.

Некоторые характеристики плазмонных зон по данным расчетов приведены в табл.2. В этой таблице E1 – максимальное значение энергии плазмона (потолок) в плазмонной зоне при нулевом квазиимпульсе, а E2 - минимальное значение энергии в плазмонной зоне: дно зоны. Согласно принятым в первой главе обозначениям E1/h=0 – ленгмюровская частота.

Рис.5. Дисперсия плазмонов +-типа в графите (светлые кружки). По оси абсцисс отложена проекция волнового вектора плазмона на графитовую плоскость. Жирные линии соответствуют кинематическим вычислениям. Затененная часть внизу – область, запрещенная для межзонных переходов валентных электронов.

Феноменологические параметры плазмонных -зон в графите.

Величина (четвертый столбец) определена как разность: E1–E2= и может быть названа шириной плазмонных зон. В последнем столбце приведены значения безразмерного параметра. Видно, что для плазмонных зон с положительной дисперсией (G1 и G2) этот параметр (взаимодействие неупругое), а для плазмонных зон с отрицательной дисперсией (G1 и G2) величина стремится к единице (упругое взаимодействие). Затенные области в нижней части рис.5 определяют «область» межзонных переходов в графите, которые запрещены в одноэлектронном спектре этого кристалла (* означает свободные состояния в зоне проводимости). В левой нижней части рисунка затененная область соответствует запрещенным межзонным этой причине плазмонные зоны с отрицательной дисперсией (G1 и G2) как бы «выталкиваются» из заштрихованной области.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

моделирования, получена совокупность основных результатов, на основании которых сформулированы выводы данной диссертационной работы:

1. Показано, что метод оптического поглощения является особенно оптических плазмонных спектров, отражающих их электронное строение, обнаружены на пробах, синтезированных в первые минуты после начала процесса дегидрофторирования. Обнаружено существенное смещение энергии -плазмонов в сторону больших энергий. Энергия -плазмонов в карбиноидах меньше, чем аналогичная энергия -плазмонов в графите.

поливинилиденфториде и карбиноидах по своему электронному строению имеют идентичную форму и природу: они обусловлены возбуждениями (встряской) единой валентной системы новой фазы, полученной при синтезе. Из рентгеновских фотоэлектронных спектров карбиноидов получено значение энергии -плазмонов 20.6±0.4 эВ. С течением времени синтеза значение энергии плазмонов практически не меняется. Сателлитная shake up структура вблизи остовных линий углерода и фтора в пленках химически синтезированных карбиноидов феноменологически описана в терминах функции потерь.

3. Показано, что плазмонный метод позволил выявить часть фтора, который не присоединен к основной углеродной цепи в структуре соединения и по этой причине не оказывают влияние на форму C1S–сателлита углерода.

Эта фторсодержащая фаза появляется в карбиноидах только после продолжительного времени дегидрофторирования.

4. Экспериментально исследована плазменная дисперсия межзонных плазмонов в квазимонокристаллическом графите. Установили, что плазмоны в графите характеризуются двумя ветвями плазмонной дисперсии. Вид дисперсионных кривых определяется взаимодействием плазмонов с фононами.

5. Экспериментально исследована плазмонная дисперсия межзонных +плазмонов характеризуется четырьмя ветвями плазменной дисперсии, две из которых имеют положительный коэффициент дисперсии D ( P ) / q плазмонов в кристалле графита. Феноменологический параметр, определяющий взаимодействие плазмонов со средой больше для ветвей с отрицательной дисперсией, чем для ветвей с положительной дисперсией +-плазмонов.

6. Результаты изучения -плазмонов в углеродных материалах могут быть использованы для идентификации их электронного и атомного строения. Дано обоснование способа определения плотности по величине энергии -плазмонов (или -плазмонов). Показано, что выражение, связывающее плазмонную частоту с концентрацией электронов, вполне возможно использовать для этой цели. Установлено, что для равновесных углеродных материалов и неравновесных алмазоподобных систем зависимость квадрата плазменной частоты от плотности идентична и близка к теоретически оцененному значению.

Список цитированной литературы конденсированного состояния. - М., Физматлит, 2005. - 631 с.

2. Lin M.F., Chuu D.S. -Plasmons in carbon nanotube bundles // Phys.Rev.B, 1998. - V. 57. - N. 15. - P. 10183-10187.

3. Shnitov V.V., Mikoushkin V.M. Zacharevich A.V. Auger electron spectrometer for subsurface non-destructive depth profiling. Abstracts of 14th European Conference on Surface Science (ECOSS-14). September 19-23, 1994, Leiptzig, Germany. TuE-P073. - P.76.

4. berg T. Theory of X-ray satellites // Phys. Rev. – 1967. - V.156. – P. 35-41.

5. Соколов О.Б., Кузнецов В.Л. Развитие экспериментальных возможностей метода электронной спектроскопии с использованием магнитного энергоанализатора. // Челябинск. ЧПИ, 1990. - 60 с.

6. Deleuze M.S., Giuffreda M.G., Francois J.-P., Cederbaum L.S. Valence oneelectron and shake-up ionization bands of carbon clusters. I. The Cn (n = 3,5,7,9) chains // Journal of Chemical Physics, V. 111 (13), 1999. - P. 5851Waidmann S. Elektronische Eigenschaften von Diamant und diamantartigen Kohlenstoffen. - Dissertation, TU Dresden, 2001. – 141 p.

8. Fallon P.J., Veerasamy V.S., Davis C.A., Robertson J., Amaratunga G.A.J., Milne W.I., Koskinen J. Properties of filtered-ion-beam-deposited diamondlike carbon as a function of ion energy // Phys. Rev. B 48, 1993. - Р.4777–4782.

9. Клеммоу Ф., Доуэрти Дж. Электродинамика частиц и плазмы: Пер. с анг.

– М.: Мир, 1996. –526 c.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

Статьи в изданиях, которые по решению ВАК включены в перечень ведущих рецензируемых научных журналов:

1. Байтингер Е.М., Маргамов И.Г., Векессер Н.А., Евсюков С.Е. Проявление квазилокализации электронов в ИК-спектрах карбиноидов // Химическая физика и мезоскопия, 2002, т.4, №1. - с. 99-108.

рентгенофотоэлектронных спектров углеродных нанокластеров, синтезированных дегидрогалогенированием поливинилиденфторидa // Башкирский химический журнал, 2010, т.17, №4. - с. 78-81.

Другие публикации и тезисы докладов:

1. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Плазмоны в графите // Всероссийская научно-техническая конференция "Физические свойства металлов и сплавов", посвященная 90-летию П.В. Гельда". Сборник тезисов докладов. Екатеринбург: изд-во УГТУ-УПИ, 2001. – с. 126.

2. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Изучение плазменных колебаний в аморфных карбиноидах // Сборник научных статей аспирантов. – Челябинск, изд – во ЧГПУ, 2002. – с. 13.

3. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Связь химического сдвига с энергией плазмонов в карбиноидах // Материалы III Республиканской конференции по физической электронике, г. Ташкент. – Ташкент: 2002. – с.90.

4. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Плазмоны в карбине // Сборник тезисов VIII Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых.- Екатеринбург: 2002. - с.100-101.

5. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Моделирование электрон-плазмонного взаимодействия в низкоразмерных углеродных системах // Материалы международной научно-технической школы-конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию».- М.:

МИРЭА, 2002. - с. 49-51.

6. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Коллективные колебания валентных электронов в равновесных углеродных структурах // Сборник материалов I международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология».- М.: Ратмир-Вест, 2002. - с.47.

7. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Изучение пространственной дисперсии плазмонов в низкоразмерных углеродных материалах // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области:

Сборник рефератов научно- исследовательских работ аспирантов.

Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. – с.13.

8. Векессер Н.А., Воинкова И.В., Москвина Н.А., Грибов И.В., Кузнецов В.Л., Песин Л.А., Евсюков С.Е. Методика определения концентрации фтора в карбиноидных пленках // Известия Челябинского научного центра УрО РАН, 2003. - с.11-15.

9. Векессер Н.А., Песин Л.А. Изучение плазменных колебаний в низкоразмерных углеродных материалах // Конкурс грантов студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Челябинской области: Сборник рефератов научно- исследовательских работ аспирантов. Челябинск: Издво ЮУрГУ, 2003. – с. 19.

10. Векессер Н.А., Байтингер Е.М., Песин Л.А. Дисперсия -электронов в карбиноидах // Сборник тезисов IХ Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых.- Красноярск: 2003. - с.638-639.

11. Векессер Н.А., Воинкова И.В, Песин Л.А, Бржезинская М.М., Грибов И.В., Москвина Н.А., Кузнецов В.Л. Модификация фотоэлектронных спектров остовных электронов при ионной бомбардировке графита и нанотрубок // Материалы XVI Международной конференции «Взаимодействие ионов с поверхностью», Звенигород, 2003. – с. 110-113.

12. Векессер Н.А. Байтингер Е.М. Моделирование процесса затухания плазмонов в наноуглероде // 5-ая Международная конференция “Углерод:

фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2006. - с. 64.

13. Векессер Н.А., Байтингер Е.М., Воинкова И.В. Сателлитные спектры квазиодномерных углеродных материалов // 5-ая Международная конференция “Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология», Москва, 2006. - с. 65.

14. Связь плазменной энергии с плотностью в конденсированном углероде // Наноструктурные материалы-2008: Беларусь-Россия-Украина (НАНОматериалы Первой международной научной конференции, Минск, 2008. - с. 402.

15. Байтингер Е.М., Бржезинская М.М., Шнитов В.В., Векессер Н.А. Об особенностях дисперсии плазмонов в графите // Известия Челябинского научного центра, вып. 1 (39), 2008. – с. 37-39.

16. Векессер Н.А., Байтингер Е.М. Поглощение света в карбиноподобном углероде // Ультрадисперсные порошки, наноструктуры, материалы:

получение, свойства, применение. V Ставеровские чтения: Труды научнотехнической конференции с международным участием. 2009, Красноярск.

– Красноярск: ИПК СФУ, 2009. – с. 71.

17. Векессер Н.А. Оптические свойства ультратонких углеродных покрытий на поверхности поливинилиденфторида / Н.А. Векессер, Е.М. Байтингер, Н.А. Мавринская // Тезисы докладов 7 Всероссийской научной конференции "Керамика и композиционные материалы" – Сыктывкар, 2010. - с. 99 – 101.

Подписано в печать 19.11.2010.

Формат 6090/16. Объем 1 уч.-изд.л.

Отпечатано на ризографе в типографии ГОУ ВПО «ЧГПУ».

454080, г. Челябинск, пр. Ленина,