Технология интегральной оптики

Наиболее важным является получение волноводных слоев и формирование требуемой конфигурации планарных элементов.

Волноводные слои получаются нанесением на подложку пленок из другого материала, либо увеличением показателя преломления приповерхностных слоев подложки радиационным, химическим, термическим или другим воздействием. Для нанесения пленок используют методы термического и катодного распыления. При создании монокристаллических слое применяются различные способы эпитаксиального выращивания. Повысить показатель приповерхностного слоя можно за счет ионообменной диффузии, электродиффузии, имплантации ионов. Применяются методы получения волноводов путем термодиффузии из напыленной на подложку металлической пленки.

Для формирования требуемой конфигурации отдельных планарных элементов и составленных из них оптических интегральных узлов применяется фотолитография. Для создания монолитных схем интегральной оптики применяют полупроводникое соединения монокристаллы диэлектриков, ниобат и танталат лития широко используются для изготовления различных типов интегрально-оптических модуляторов, дефлекторов, переключателей, акустооптических устройств обработки информации.

 

. Лабораторная работа. №1

Мёссбауэра эффект (ядерный гамма резонанс)

Мёссбауэра эффект (ЯГР - ядерный гамма резонанс)-испускание или поглощение гамма- квантов атомными ядрами в твердом теле, которое не сопровождается испусканием или поглощением фононов. Открыт в 1958 г. Рудольфом Мёссбауэром в ФРГ. Для наблюдения эффекта используются низколежащие долгоживущие ядерные уровни с энергией не более 200 кэв и временами жизни . -естественная ширина уровня. Для ядра железа энергия -гамма квантов .

Эффект наблюдается для 73 изотопов 41 элемента. Для наблюдения резонансного поглощения и получения спектров необходима одинаковость состояний мёссбауэровских атомов в излучателе и поглотителе. Настройка в резонанс происходит движением источника или поглотителя со скоростью V. Изменение энергии за счет эффекта Доплера . Для ядра ширина уровня и рабочие скорости .

В адсорбционном варианте ЯГР источником излучения являются ядра , которые при захвате собственного электрона с К-оболочки превращаются в ядра железа в воздужденном состоянии с энергией 136,4 Кэв. Это состояние образует метастабильное состояние с энергией 14,4 кэв, которое используется в мёссбауэровской спектроскопии железа. Мёссбауэровские спектры позволяют определить размеры нанокластеров в области 1-10 нм при известной константе анизотропии вещества. На рис показаны суперпарамагнитные мёссбауэровские спектры нанокластеров оксида железа при разных температурах измерения. Нанокластеры были получены твердотельной химической реакцией разложения оксалата железа при температуре разложения .

 

Мёссбауэровская спектроскопия – совокупность методов исследования микроскопических объектов ядер, ионов. химических и биологических комплексов в твердых телах.

Наиболее важные применения это сдвиги и сверхтонкие расщепления мёссбауэровских линий связанные с взаимодействием электрических и магнитных моментов ядра с внутрикристаллическими полями вызывающими расщепление ядерных уровней.

Химический (изомерный) сдвиг мёссбауэровской линии наблюдается, когда источник и поглотитель химически не тождественны.

Сдвиг линии испускания и поглощения ,например, при изменении заряда иона и составляет 32 мм/с при точности измерения 0,1 мм/сек. Это позволяет установить корреляцию между величинами и электроотрицательностью ближайших ионов.

 

Рис Химический изомерный сдвиг мёссбауэровской линии для двух ионов нептуния.

Квадрупольное расщепление ядерных уровней, приводящее к расщеплению линий мёссбауэроского спектра возникает из-за взаимодействия электрического квадрупольного момента ядра с градиентом электрического поля кристалла (при некубической симметрии окружения). Расстояние между расщепленными линиями составляет для ядра со спином 3/2.

где - z -компонета тензора градиента электрического поля (ГЭП) на ядре. -параметр асиметрии тензора ГЭП.

За счет поляризации собственной электронной оболочки иона содержащего резонансное ядро градиент ГЭП может изменится раз, и даже изменит знак. .

Фактор Штерхаймера –антиэкранирующий фактор зависит от химического состояния резонансного иона.

Измерение спектров квадрупольного расщепления дает сведения о структуре и электронных свойствах матрицы твердого тела. Например, в спектре поглощения ядер высокотемпературного сверхпроводника (температура сверхпроводящего перехода 72 К) наблюдается 3 квадрупольных дублета соответствующих ионам Fe замещающим ионы Cu в структурных позициях с различным кислородным окружением. Химические сдвиги для трех позиций Fe одинаковы и близки к сдвигу в металлическом железе, т.е. плотность s -электронов приблизительно одинакова во всех узлах решетки. Это означает, что валентные электроны для данного сверхпроводника делокализованы по кристаллу.

Магнитное сверхтонкое расщепление ядерных уровней и мёссбауэровских линий вызывается взаимодействием магнитного момента ядра и магнитного поля в месте расположения ядра. Энергия магнитного сверхтонкого взаимодействия пропорциональна произведению ядерного магнитного момента на локальное магнитное, которое называется сверхтонким магнитным полем. Это взаимодействие расщепляет ядерное состояние на 2I+1 зеемановские подуровни расстояние между которыми равно (I -спин ядра). Число компонент сверхтонкой структуры в мёссбауэровском спектре равно числу -переходов между зеемановскими подуровнями возбужденного и основного состояний ядра, разрешенных правилом отбора по магнитному квантовому числу. Для магнитного дипольного -перехода между состояниями () в мёссбауэровском спектре наблюдаются 6 компонент магнитной сверхтонкой структуры.

 

 

Сверхтонкая структура линий мёссбауэровского спектра в парамагнениках

Приведен спектр примесных ионов железа в нитрате алюминия состоящий из спектров трех крамерсовых дублетов, на которые расщепляется основное состояние иона железа Fe 3+

 

Заключение. Мёссбауэровская спектроскопия позволяет в одном эксперименте определить вероятности эффекта Мёссбауэра, величину температурного смещения,химического сдвига. Квадрупольного и магнитного расщеплений,формы линий отдельных компонент. Это сочетается с возможностью влиять на мёссбауэровские спектры температурой, давлением, магнитным и электрическим полями, ультразвуком и радиочастотным излучением. Возможность исследовать объекты размером от одного тмоносоя до массивного образца делает мёссбауэровскую спектроскопию уникальным методом анализа физических и химических свойств твердых тел.