Материал: Отчетная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов

Структура и электрические свойства тонких пленок Sb0,9Bi1,1Te2,9Se - с

М. Х. Аль Зубайди, студент гр. ПФм-131, В.А. Макагонов

Кафедра физики твердого тела

Зависимости термоэдс и удельного электрического сопротивления тонких пленок Sb0,9Bi1,1Te2,9Se – С от номера образца (с увеличением номера образца доля углерода уменьшается)

Методом ионно-лучевого распыления в атмосфере аргона Р_Ar = 3,610^-4 Торр составной мишени из твердого раствора Sb_0,9Bi_1,1Te_2,9Se с навесками графита, были получены тонкие пленки Sb_0,9Bi_1,1Te_2,9Se – С. Подложкой служили ситалловые пластины, температура которых поддерживалась равной комнатной. Далее пластины резались на тонкие полоски шириной 3 мм и нумеровались таким образом, что с увеличением номера доля углерода уменьшалась. Толщина полученных пленок изменялась от 0,5 до 2 мкм. Исследования элементного состава методами электроннозондового микроанализа показали соответствие химического состава мишени Sb_0,9Bi_1,1Te_2,9Se и полученных образцов. Содержание углерода данным способом установить не получилось. Рентгенодифракционный анализ образцов выявил, что твердый раствор Sb_0,9Bi_1,1Te_2,9Se в пленках находится в нанокристаллическом состоянии с размером кристаллита 1,9 – 3,8 нм, при этом размер кристаллита увеличивается с уменьшением доли углерода. В пленках начиная с N > 35 проявляется текстура <205>. Таким образом, добавление углерода в композитах Sb_0,9Bi_1,1Te_2,9Se – С приводит с одной стороны к уменьшению размера кристаллитов, а с другой – подавлению анизотропии роста кристаллитов в пленке.

На рисунке приведены зависимости удельного электрического сопротивления и термоэдс полученной системы от номера образца. Из них видно, что данная система является перколяционной, а углерод, вероятно алмазоподобный, выступает в роли диэлектрика.

Стоит отметить, что абсолютные значения как термоэдс, так и удельного электросопротивления выше, чем полученные в [1], что может быть объяснено особенностями электропереноса, реализуемыми в данной системе. Для установления этих особенностей были проведены исследования температурных зависимостей удельного электрического сопротивления и термоэдс в области температур 77 – 300 К. Было установлено, что в широком диапазоне температур 77 – 240 К температурные зависимости удельного электрического сопротивления могут быть описаны в рамках модели прыжкового переноса с переменной длинной прыжка по локализованным состояниям вблизи уровня ферми, а при температурах 240-300 К – зависимостью аррениусовского типа. Были рассчитаны параметры выше указанных моделей.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 13-08-97533 р_центр_а)

Литература

1. L.M. Goncalvesa, P. Alpuimb, GaoMinc, D.M. Rowec, C. Coutoa, J.H. Correia Optimization of Bi2Te3 and Sb2Te3 thin films deposited by co-evaporation on polyimide for thermoelectric applications // Vacuum82 (2008) 1499–1502

УДК 537.9

Термо-эдс композитных тонкопленочных структур Fe-Al2o3

А.Дж. Аль-Малики, аспирант, О.В. Стогней

Кафедра физики твердого тела

Проведено исследование термоЭДС тонкопленочных композитов Fe-Al₂O₃. Образцы получены в виде тонких пленок (4-6 мкм) методом ионно-лучевого распыления составных мишеней. Приготовлено и исследовано две группы композитных образцов на ситалловых подложках размером 60х3 мм: гомогенные образцы (состав образцов постоянный по всей длине) и градиентные образцы (состав образцов плавно менялся вдоль длинной оси образца с суммарным градиентом 9 ат. %) [1].

Проведено два типа измерений. Во-первых, исследована величина термоЭДС (S) композитов в режиме создания постоянного температурного градиента величиной 65 ⁰С (один край образца находился при 23 ⁰С, противоположный – нагревался до 90 ⁰С с помощью специального нагревателя, формирующего фронт теплового потока вдоль образца). Измерения термоЭДС каждого образца проводились два раза при различном направлении температурного градиента, в качестве материала зондов использовалась хромель. На рис. 1 приведены значения термоЭДС, измеренные в градиентных образцах по первой схеме. Установлено, что значения термоЭДС гомогенных и градиентных образцов по величине примерно одинаковы (14-18 mkV/К) и слабо уменьшаются при увеличении концентрации железа. Разница наблюдается в том, что в гомогенных образцах направление градиента не влияет на величину термоЭДС, в то время как в градиентных образцах значение S зависит от направления градиента (рис. 1). Обнаруженный гистерезис S наблюдается в тех градиентных образцах, которые содержат порог перколяции.

Рис. 1. Зависимость термоЭДС градиентных композитов Fe-Al2O3 от номера образца (значение номера пропорционально концентрации железа в композите). Символы ●и○ – соответствуют разному направлению температурного градиента	Рис. 2. Температурная зависимость термоЭДС градиентных композитов Fe-Al2O3. На вставке показана зависимость разницы в величине S при изменении направления теплового потока

Второй метод измерения заключался в том, что образцы охлаждались до температуры -196 С, после чего в них создавался градиент температуры (~ 40 – 50 градусов) и образцы отогревались до комнатной температуры. Полученные зависимости представлены на рис. 2. Зависимости немонотонные – максимум S наблюдается во всех композитах, как гомогенных, так и градиентных, при одинаковой температуре - 40 ⁰С (средняя температура образца). Основное отличие в поведении S для градиентных и гомогенных образцов Fe-Al₂O₃ сводится к тому, что в первом случае величина S зависит от направления градиента: в том случае когда поток тепла ориентирован от высокоомной части образца к низкоомной значение S оказывается выше. В гомогенных образцах величина S не зависит от направления температурного градиента.

Литература

1. Стогней О.В., Ситников А.В., Аль-Малики А.Д. Вестник ВГТУ, 2014.-Т.10.-№1. С. 7-11.

УДК 538.955

Статические и динамические магнитные свойства аморфного сплава на основе железа

Н.Е.Малюгина, студент гр. ТФ-101, М.А. Каширин, Л.И. Янченко

Кафедра физики твёрдого тела

В работе исследовался аморфный сплав Fe-P-Мо, полученный магнетронным распылением на подложку кремниевой пластины, в виде фольги толщиной 2 - 4 мкм, шириной 3 мм и длиной от 30 мм.

Кривые намагничивания фольг состава Fe₈₀P₁₃Мо₇ в магнитных полях до 60 кА/м показаны на рисунке 1. По данным графикам можно сказать что такая зависимость М(Н) является типичной для магнитомягких аморфных сплавов на основе 3-d переходных металлов. Максимальное значение магнитной проницаемости достигается в полях не превышающих 3 кА/м.

Исследование импеданса осуществлялось на переменном токе 1 мА в диапазоне частот от 1 до 10МГц.

На рис. 2 представлена зависимость относительного изменения значения магнитного импеданса (Z(H)-Z₀)/Z₀ от постоянного внешнего магнитного поля, направленно перпендикулярно направлению переменного тока при соответствующих значениях частоты.

Рис. 1. Кривая намагничивания для аморфного сплава Fe-P-Мо	Рис. 2. Зависимость относительного изменения магнитного импеданса от частоты переменного тока для аморфного сплава Fe-P-Мо

Проведенное исследование эффекта магнитного импеданса для исследуемого сплава показало, что:

1) Максимальное значение Z/Z₀(f) не превышает 3%.на частоте 1,2 МГц

2) дальнейшее увеличение частоты приводит к уменьшению максимального значения и его смещению в сторону больших магнитных полей.

УДК 681.53

Об автоматизации объектов криогенной техники

В.Е. Милошенко

Кафедра физики твердого тела

Специфика разработки систем автоматического управления объектами низкотемпературной техники прежде всего связана с особенностями получения информации о процессах, протекающих в установках и аппаратах при низких температурах. Сами же системы автоматического регулирования и управления делятся на:

Рис. 1. Блок схема системы автоматического регулирования по отклонению где xзад(t) – сигнал от задатчика; хос(t) – сигнал обратной связи; хвх=(хзад(t)-хос(t)) – входной сигнал; W1 иW2 – операторы обработки сигналов; f(t) – возмущающие воздействия; хвых(t)– выходной сигнал

- системы стабилизации;

- программного управления;

- следящие системы;

- комбинированного управления;

- самонастраивающие;

- системы с переменной структурой и параметрами;

- интеллектуальные системы.

Различают еще деление автоматических систем по принципу управления, т.е. каким образом формируется общее управляющее воздействие:

- по отклонению;

- по возмущению;

- комбинированное управление;

- принцип адаптации.

Принцип управления по отклонению, основан на сравнении управляемой величины и заданного (требуемого) ее значения. Отклонение от заданного значения обрабатывается некоторым оператором W₁, а динамические свойства объекта управления описываются оператором W₂, устанавливающим связь между управляемой величиной и управляемым воздействием.

Принцип управления по возмущению основан на установлении величины основного возмущающего воздействия, его обработки с целью создания управляющей величины на объект управления.

Комбинированное управление сочетает в себе принцип управления по отклонению и по возмущению.

Различают требования предъявляемые к объекту регулирования или управления и если объект характеризуется одной регулируемой величиной и одним управляющим воздействием, то он относится к простым и математическое описание такого объекта сводится к составлению уравнения, связывающему эту величину с управляющим воздействием, но при этом учитываются хотя бы основные внешние возмущающие воздействия (рис. 1). Это относится в общем случае к первым четырем типам систем. Более сложные системы, как последние три в этой классификации, относятся к кибернетическим, и в них выделяются как простые системы от систем стабилизации, программного управления или следящих, так и основные со сложными законами и структурами.

Необходимо заметить, что системы автоматического регулирования имеют замкнутые схемы как, например, показано на рисунке 1, где в цепи обратной связи (ОС) располагаются чувствительный элемент (ЧЭ) и преобразователь сигнала, которые несут информацию о состоянии объекта регулирования (см. х_вых(t)) вернее величины регулируемого параметра т.к. здесь рассмотрена простая система стабилизации о которой отмечено в первой классификации систем автоматического регулирования. Системы автоматического управления это системы которые имеют разомкнутые схемы. Например, возьмем простейшую из них следящую систему (из первой классификации). К ней относятся системы с программным управлением, где в качестве задатчика установлено программное устройство, которое требует выполнение этой программы с минимальными отклонениями от нее (они реализованы в станках с программным управлением – станки ЧПУ), а роль чувствительного элемента сводится к контролю за выполнением команды и эта замкнутая обратная связь не требуется. Так обстоят дела и в кибернетических системах где роль задатчика выполняют датчика или чувствительные элементы.

Рис. 2. Блок схема автоматического управления на принципе адаптации АУУ – автоматическое управляющее устройство; УАС – устройство анализа входного сигнала; УАО – устройство анализа объекта; ВУ – вычислительное устройство; ИУ – исполнительное устройство контура; УО – управляющий объект; fk и fn – возмущающие воздействия

В зависимости от назначения управляемого объекта меняются и требования предъявляемые к датчикам, а точнее к чувствительным элементам, так как с преобразователями проще. А к чувствительным элементам, которые формируют и выдают информацию о состоянии объекта, предъявляются серьезные требования: по величине основного сигнала как правило с аналитической характеристикой, фильтрации помех, спектральные плотности этих функций могут изменяться в процессе работы системы, а также унификации сигналов и т.п. В таких сложных условиях работы система должна обладать способностью настройки своего основного управляющего устройства.

Что касается интеллектуальных систем, которые также построены на принципах адаптации, то они отличаются более сложной структурой, включающей местные связи (рис. 2), логической обработкой сигналов с компьютерным управлением, но главное повышаются требования к датчикам не только по их разнообразию, но и чувствительности. Эти системы являются существенно нелинейными и их исследуют также как нелинейные.

Литература

1. Основы автоматического регулирования, под ред. В.В. Солодовникова// М.:Машгиз, 1955, 1116 с.

2. В.Е. Милошенко Системы автоматического регулирования в технике низких температур. Уч. пособие // Воронеж, изд. ВГТУ, 2013, 126 с.

УДК 538.9