Введение

Актуальность темы. К настоящему времени одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов науки является физика поверхностных явлений. Развитие микро- и наноэлектроники, технологий гетерогенного катализа, космических технологий и даже биотехнологий стимулируется фундаментальными исследованиями в области физики поверхности твердого тела.

Отметим, что в настоящее время уже существуют приборы, позволяющие отображать отдельные атомы: полевой ионный микроскоп и просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения, однако оба они имеют существенные ограничения по применимости, связанные со специфическими требованиями к форме образцов. В первом случае образцы должны иметь форму острых игл из проводящего материала с радиусом закругления не более 100 нм, а во втором - тонких полосок толщиной менее 100 нм. Первые изображения атомов были получены с помощью полевого ионного микроскопа, изобретенного

Э. Мюллером еще в 1951 году [2].

В 1982 году Г. Биннигом и Г. Рорером, учеными из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе (Швейцария), был изобретен сканирующий туннельный микроскоп, который не накладывает ограничений на размеры

образцов.

Несмотря на тот факт, что исследование наноразмерных систем с использованием методов туннельной микроскопии в настоящее время широко развито, необходимо накопление экспериментальных данных по различным объектам исследования, а также необходима отработка основных методик анализа получаемых результатов, что, как оказалось, является вовсе не тривиальной задачей. В частности, для туннельной микроскопии актуальны такие проблемы, как анализ и выделение границ объектов [6] и методики расчета структурных (морфологических) характеристик нанопокрытий [7]. Методы туннельной и зондовой микроскопии, достоинства которых в исследовании наносистем неоспоримы, дают информацию о локальных участках образца. Для множества задач хорошее пространственное разрешение этих методов является весьма ценным качеством. Однако в ряде случаев, например при исследования структуры нанокомпозитов, часто требуется информация, обобщенная по плоскости образца. В связи с этим комплексное исследование структуры образца в целом и его отдельных участков, обобщенное по площади, но дифференцированное по глубине, представляет интерес с точки зрения обнаружения фрактальных структур. Кроме того, общеизвестно, что, например, для измерения вольт- амперных характеристик (BAX) неприемлемо наличие механического контакта

между образом и острием или даже частичный перенос вещества острия на образец, однако данная технология может быть использована при реализации поверхностной модификации в нанометровой области образца с использованием CTM [8].

Степень разработанности. Сканирующий туннельный микроскоп (CTM) «УМКА - 02G» (Тверь, Россия) позволяет исследовать структуру поверхности различных покрытий, в том числе металлических пленок, в частности на наличие фрактальных структур. Данная работа претендует на комплексный подход при рассмотрении морфологических и фрактальных характеристик металлических пленок на диэлектрических поверхностях. Кроме того, ценность исследования заключается в возможности моделировать, а значит прогнозировать изменения структуры зонда и как следствие электрических характеристик туннельного контакта при взаимодействии зонда туннельного микроскопа с образцом для реальной, а уже не модельной системы. Это позволяет оценить степень влияния характеристик туннельного контакта и структуры зонда на получаемые результаты и повышает их достоверность. Результаты моделирования подтверждаются экспериментальными исследованиями и теоретическими оценками по изменению характера вольт-амперных характеристик (BAX)

туннельного контакта при проведении долговременного эксперимента. Кроме того, полученные количественные значения температурного диапазона, в котором происходит моделирование, позволяющие фиксировать разрушение зонда и/или массоперенос в компьютерном эксперименте, согласуются с экспериментальными и теоретическими результатами российских и иностранных исследователей, что позволяет комплексно оценить адекватность используемых нами методов и подходов при сравнении результатов как с экспериментальными данными, данными компьютерных экспериментов, так и с теоретическими результатами.

Объекты исследования. В качестве объектов исследования нами использовались металлические пленки/нанопокрытия (золото, серебро, хром) на диэлектрических поверхностях/подложках (слюда, стекло). Особое внимание было уделено исследованию морфологических характеристик, определению фрактальной размерности профиля и поверхности металлических пленок. Важными, но вспомогательными объектами исследования, является туннельный контакт зонд-образец для изучения его BAX в процессе сканирования. Для более глубокого понимания процессов, происходящих при взаимодействии зонда туннельного микроскопа с образцом, нами методом Монте-Карло было проведено компьютерное моделирование туннельного контакта зонд (медь)-образец(золото) с использованием потенциала сильной связи (потенциала Гупта).

Предмет исследования: морфологические и фрактальные характеристики металлических пленок (золото, серебро, хром) на диэлектрических поверхностях (слюда, стекло) и изучение электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец; результаты моделирования взаимодействия в системе зонд-образец.

Целью данной работы являлось экспериментальное исследование и теоретический анализ морфологических и фрактальных характеристик металлических пленок (золото, серебро, хром) на диэлектрических поверхностях (слюда, стекло) методом сканирующей туннельной микроскопии.

В работе были поставлены следующие основные задачи:

1. Разработка методики подготовки образцов (получение металлической пленки на диэлектрической поверхности) с целью сохранения информации об особенностях морфологии отдельных объектов поверхности размером менее 100 нм для изучения фрактальных свойств;

2. Изучение морфологии отдельных участков профиля и поверхности нанопокрытий золота, серебра на наличие фрактальных структур, расчет фрактальной размерности профиля и поверхности образцов;

3. Исследование вольт-амперной характеристики туннельного контакта металл - металл для нанопокрытий золота, серебра и хрома с острием из вольфрама и оценка параметров, влияющих на туннельный ток, для извлечения информации об электронной структуре образца;

4.

Методология и методы исследования. Основным методом исследования в настоящей работе была сканирующая туннельная микроскопия. C практической точки зрения, кроме высокой точности при получении трехмерных изображений поверхности, главным достоинством туннельной микроскопии является возможность оперативного контроля изделий без их разрушения, поскольку измерения не требуют специальной подготовки образца и могут проводиться в воздухе, или какой-либо другой среде, в течение нескольких минут. Кроме того,

контроль геометрических параметров наночастиц с размерами до 100 нм имеет большое значение для обеспечения определенных свойств кластерных материалов на их основе. При использовании сканирующего туннельного микроскопа для такого контроля уже необходимо существенное повышение требований к его характеристикам, что обусловлено, прежде всего, массовым характером производимых измерений.

При этом одним из приложений CTM и спектроскопии является исследование неоднородности электрических свойств туннельного контакта зонд- образец. В этом случае совместный анализ морфологии поверхности и ВАХ, снятых в различных точках поверхности, позволяет судить о распределении различных фаз на поверхности композитных структур, исследовать корреляции между технологическими параметрами их получения и электронными свойствами.

Несмотря на целесообразность и даже необходимость развития экспериментальных методик, нацеленных на исследование морфологических и фрактальных характеристик нанопокрытий (металлических пленок) и электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец, возможности чисто экспериментальных подходов к решению соответствующих задач являются ограниченными, в частности из-за достаточно высоких финансовых затрат. В этом плане методы компьютерного моделирования (в частности, метод Монте-Карло)

представляются весьма перспективными как дополнение, а в какой-то мере и альтернатива эксперименту. Методы компьютерного моделирования позволяют непосредственно проследить за эволюцией системы на атомно-молекулярном уровне.

Для моделирования взаимодействия зонда туннельного микроскопа с образцом методом Монте-Карло в расчетах использовался многочастичный потенциал Гупта. Последовательность микросостояний системы, отвечающих заданному каноническому ансамблю, генерировалась методом существенной выборки. При этом каждую новую конфигурацию строили на основе предыдущей путем перемещения и вращения случайно выбранной наночастицы (с равной вероятностью). В соответствии с методом существенной выборки вероятность возникновения новой конфигурации оценивается через разность полной энергии системы в старом и новом состоянии. Длительность расчетов составляла в среднем 500 000 шагов вычислительной схемы до стадии наступления равновесного состояния, которое определялось из анализа потенциальной энергии системы. Для исключения влияния начального состояния на конечный результат для каждого набора параметров проводилась серия из пяти расчетов с последующим усреднением результатов.

Научная новизна работы:

1. Впервые проведено комплексное исследование профиля и поверхности нанопокрытий золота и серебра на наличие фрактальных структур, определены соответствующие фрактальные размерности, а также построены гистограммы распределения вероятности обнаружения на поверхности металлических пленок структур с определенной фрактальной размерностью профиля и поверхности;

2. Для образцов «золото на слюде», «серебро на слюде» определены факторы, влияющие на формирование рельефа образца с фрактальной структурой. Факторами, влияющими как на толщину получаемых пленок и ее рельеф (увеличивается скорость роста и слияния островковых пленок), плотность

структуры являются скорость осаждения наночастиц на диэлектрическую подложку и температура подложки;

3. Проведенное исследование BAX контакта металл - металл для образцов золота, серебра и хрома с острием из вольфрама показывает необходимость тщательного контроля параметров, влияющих на туннельный ток при получении изображений поверхности металлической пленки. Отмечено, что тепловое расширение острия может достигать величин, сравнимых с шириной туннельного промежутка, и возможно возникновение лавинообразного процесса теплового расширения острия, приводящего к возникновению контакта между острием зонда и поверхностью образца;

4. Впервые проведено моделирование методом Монте-Карло с использованием многочастичного потенциала Гупта взаимодействия в системе зонд (медь) - образец (золото) при термическом расширении в зависимости от расстояния между ними для двух конфигураций острия: стержень и конус. Показано, что характер теплового расширения острия по отношению к ширине туннельного промежутка может приводить к возникновению контакта между острием зонда и поверхностью образца.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Разработана методика получения металлических пленок на диэлектрической поверхности с кластерной структурой поверхности методом термовакуумного испарения и конденсации с целью сохранения информации об особенностях морфологии отдельных объектов поверхности для изучения морфологических и фрактальных характеристик с помощью сканирующего туннельного микроскопа;

2. Проведено комплексное изучение отдельных участков профиля и поверхности нанопокрытий золота и серебра на наличие фрактальных структур и исследование вольт-амперной характеристики туннельного контакта металл-металл для нанопокрытий золота, серебра и хрома с острием из вольфрама, также продемонстрирована перспективность объектов исследования в качестве базы для

элементов микро- и наноэлектроники, в частности для использования технологии «выращивания» структур с заранее прогнозируемыми свойствами и структурой;

3. Предложен и апробирован подход по моделированию методом Монте-Карло с использованием многочастичного потенциала Гупта взаимодействия системы зонд (медь) - образец (золото) при термическом расширении в зависимости от расстояния между ними для двух конфигураций острия: стержень и конус для прогнозирования поведения зонда в процессе эксперимента и учета этого при анализе результатов. Полученные результаты моделирования могут быть использованы для сравнения с данными, получаемыми в рамках термодинамического подхода к исследованию размерных зависимостей температуры плавления, и прогнозирования условий для прямого эксперимента;

4. На основе оценки размерного и температурного интервалов штатного функционирования сканирующего туннельного микроскопа для изучения отдельных участков поверхности возможно прогнозировать границы применимости методики определения фрактальной размерности профиля и поверхности для металлических нанопокрытий.

Личный вклад автора. Лично автором получены и проанализированы экспериментальные данные для определения морфологических и фрактальных характеристик металлических пленок (золото, серебро, хром) на диэлектрических поверхностях (слюда, стекло) и электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец, получены и описаны в результате моделирования методом Монте-Карло закономерности взаимодействия зонда туннельного микроскопа и поверхности нанопокрытия с модернизацией программной оболочки (X-Shell), которая позволяет упростить запуск расчёта различных вычислительных движков (отдельные ее структурные элементы разработаны сотрудником кафедры общей физики д. ф.-м. н. П.В. Комаровым, к. ф.-м. н. Д.Н. Соколовым и научным руководителем доцентом кафедры общей физики к. ф.-м. н. Н.Ю. Сдобняковым). Автор выполнил обработку и анализ всех экспериментальных данных, проводил расчеты физических параметров и участвовал в обобщении и интерпретации

результатов совместно с научным руководителем и соавторами. Автор принимал участие в представлении результатов на научных конференциях и подготовке публикаций в научных журналах.

Кроме того, результаты исследований были получены в рамках выполнения работ диссертантом по грантам РФФИ № 12-03-31593 «Исследование

термодинамических и структурных характеристик наночастиц металлов при фазовых переходах (плавление/кристаллизация) и процессах самоорганизации» (исполнитель по проекту), № 13-03-00119 «Атомистическое и континуальное моделирование нанокластеров и гетерогенных наносистем с различной геометрией» (исполнитель по проекту), № 17-53-04010 «Моделирование и разработка новых методов направленного синтеза биметаллических и металлокерамических каталитических наноматериалов различной морфологии» (исполнитель по проекту), грантов в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (исполнитель по проекту) и Минобрнауки РФ по выполнению государственных работ в сфере научной деятельности (проект № 3.2448.2014/К).

Положения, выносимые на защиту:

1. Металлические нанопокрытия (золото, серебро), сформированные на диэлектрической подложке (слюде), имеют фрактальную структуру;

2. Методика определения фрактальной размерности профиля/поверхности и распределения вероятности обнаружения структур с определенной фрактальной размерностью профиля/поверхности в образцах исследуемых нанокластеров;

3. Экспериментальные закономерности изменения формы BAX контакта зонд (вольфрам) - образец (золото, серебро и хром) с оценкой общих черт и различий;

4. Модель взаимодействия в системе зонд (медь) - образец (золото) при термическом расширении острия для различных конфигураций острия (стержень, конус), и определенные на её основе значения температурных интервалов при термическом расширении зонда до контакта с образцом.

Обоснованность и достоверность полученных в работе результатов обусловливается как корректностью постановки задачи, так и использованием промышленного оборудования CTM «УМКА - 02G». При этом основные результаты данной работы по исследованию морфологических и фрактальных характеристик были дополнительно верифицированы с использованием сканирующего зондового микроскопа MFP-3D (Asylum Research, США) в режиме ACM (НИТУ «МИСиС», Москва). Все проведенные расчеты в рамках компьютерного эксперимента являются воспроизводимыми, используемая модель применительно к исследуемым задачам адекватна и тщательно протестирована, потенциал взаимодействия в достаточной степени апробирован, полученные нами результаты моделирования термического расширения острия для различных конфигураций острия (стержень, конус) согласуются с известными экспериментальными данными и данными компьютерных экспериментов.

Апробация работы. Результаты данной работы были доложены и обсуждены на ряде как российских, так и международных конференций, а именно на: XVII региональных Каргинских чтениях и областной научно-технической конференции молодых ученых «Физика, химия и новые технологии» (Тверь, 2010r.), IV Всероссийской конференции по наноматериалам (Москва, 2011 г.), 15-м Международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на-Дону, 2012 г.), международной научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» (Москва, 2012r.), VII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации и материалы нового поколения» (Иваново, 2012r.), IX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (Москва, 2012 г.), международных междисциплинарных симпозиумах «Физика поверхностных явлений, 8-х, 9-х Курдюмовских чтениях «Синергетика в естественных науках» (Тверь, 2012-2013 гг.), Международных симпозиумах «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (Нальчик, 2012-2014 гг.),

Международном симпозиуме «Физика кристаллов» (Москва, 2013 r.), IX, X Международных научно-практических конференциях «Нанотехнологии - производству» (Фрязино, 2013-2014 гг.), Всероссийской научной конференции по фундаментальным вопросам адсорбции (Тверь, 2013 τ.), XXV Российской конференции по электронной микроскопии и 2-й Школе молодых ученых «Современные методы электронной и зондовой микроскопии в исследовании наноструктур и наноматериалов» (Черноголовка, 2014 r.), XIX, XX International conference on chemical thermodynamics in Russia (Moscow, 2013, 2015 гг.), 18-м Международном симпозиуме «Упорядочение в минералах и сплавах» (Ростов-на- Дону, 2015 г.), Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел и 3-й Школе молодых ученых «Современные методы электронной и зондовой микроскопии в исследованиях наноструктур и наноматериалов» (Черноголовка, 2015 r.), XXVI Российской конференции по электронной микроскопии и 4-й Школе молодых ученых «Современные методы электронной и зондовой микроскопии в исследованиях наноструктур и наноматериалов» (Зеленоград, 2016 r.), IX Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике» (Нальчик, 2017 г.), 7-й Международной конференции «Кристаллофизика и деформационное поведение перспективных материалов» (Москва, 2017 г.), Международном форуме «Техноюнити - Электронно-лучевые технологии для микроэлектроники - 2017» (Зеленоград, 2017 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликована 21 печатная работа, из них 9 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ и одно свидетельство о государственной регистрации программы на ЭВМ, перечень которых состоит из следующих наименований:

1. Зыков, Т.Ю. Исследование морфологии рельефа поверхности золота на слюде методом сканирующей туннельной микроскопии / Т.Ю. Зыков, Н.Ю. Сдобняков, В.М. Самсонов, А.Н. Базулев, А.С. Антонов //

Конденсированные среды и межфазные границы. - 2009. - Т. И. - №4. - С. 309- 313.

2. Зыков, Т.Ю. Исследование морфологии рельефа поверхности золота на слюде методом сканирующей туннельной микроскопии / Т.Ю. Зыков, Н.Ю. Сдобняков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2009. - Вып. 1. - С. 34-41.

3. Сдобняков, Н.Ю. Определение фрактальной размерности островковых плёнок золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, Т.Ю. Зыков, А.Н. Базулев, А.С. Антонов // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Физика». - 2009,- Вып. 6. - С. 112-119.

4. Сдобняков, Н.Ю. Получение З-d изображений нанопокрытия золота на слюде / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Т.Ю. Зыков, А.Н. Базулев, Д.Н. Соколов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2010. - Вып. 2.-С. 126-128.

5. Сдобняков, Н.Ю. Измерение вольт-амперных характеристик туннельного контакта вольфрам-золото / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Т.Ю. Зыков, Д.Н. Соколов, Е.А. Воронова, О.В. Михайлова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2011. - Вып. 3. - С. 206-216.

6. Сдобняков, Н.Ю. О взаимосвязи между размерными зависимостями температур плавления и кристаллизации для металлических наночастиц / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев, В.М. Самсонов, Т.Ю. Зыков, А.С. Антонов // Расплавы. - 2012. - № 5. - С. 88-94.

7. Сдобняков, Н.Ю. Измерение вольт-амперных характеристик туннельного контакта вольфрам-золото / Н.Ю. Сдобняков, А.С. Антонов, Д.Н. Соколов, Е.А. Воронова, О.В. Михайлова // Нанотехника. - 2012. - № 2 (30). - С. 16-19.

8. Сдобняков, Н.Ю. Зависимость избыточной свободной энергии и расклинивающего давления от формы манжеты жидкости между двумя сферическими наночастицами / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, А.Ю. Колосов,

A. С. Антонов, А.Н. Базулев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией

B. М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2012. - Вып. 4. - С. 264-269.

9. Сдобняков, Н.Ю. О влиянии формы манжеты жидкости между двумя сферическими наночастицами на размерные зависимости термодинамических характеристик / Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, А.Ю. Колосов, А.С. Антонов, А.Н. Базулев, Н.В. Новожилов // Нанотехника. - 2013. - № 2 (34). - С. 75-77.

10. Соколов, Д.Н. О моделировании термических эффектов при взаимодействии зонда сканирующего туннельного микроскопа с образцом / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, П.С. Кутилин, Н.В. Новожилов, О.В. Михайлова, А.С. Антонов // Нанотехника. - 2013. - № 2 (34). - С. 78-80.

И. Соколов, Д.Н. О проблеме технологического использования наночастиц металлов при изменении температуры / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Н.В. Новожилов, А.С. Антонов // Наноматериалы и наноструктуры - XXI век. - 2013. - Т. 4. - № 3. - С. 8-14.

12. Антонов, А.С. Получение З-D изображений нанопокрытия хрома на стекле и измерение вольт-амперных характеристик / А.С. Антонов, ТЮ. Зыков, Е.А. Воронова, Н.Ю. Сдобняков, П.С. Кутилин, А.С. Михайлов, О.В. Михайлова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2013. - Вып.

5. -С. 14-19.

13. Антонов, А.С. Оценка геометрических характеристик нанопокрытия хрома на стекле и измерение вольт-амперных характеристик / А. С. Антонов, Е.А. Воронова, Н.Ю. Сдобняков, О.В. Михайлова // Нанотехника. - 2014. - №2(38). - С. 8-10.

14. Антонов, А.С. О методике подготовки образцов для изучения фрактальной размерности и электрических свойств образцов с помощью сканирующего туннельного микроскопа / А.С. Антонов, О.В. Михайлова, Е.А. Воронова, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2014. Вып. 6. - С. 15-21.

15. Антонов, А.С. Сканирующая туннельная микроскопия для нанопокрытия «серебро/слюда»: морфология рельефа и электрические характеристики /

A. С. Антонов, О.В. Михайлова (Зонова), Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов, Д.В. Иванов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2015. - Вып. 7.-С. 31-46.

16. Антонов, А.С. Комплексное исследование морфологии рельефа и электрических характеристик пленок золота и серебра методом сканирующей туннельной микроскопии / А.С. Антонов, Д.В. Иванов, Н.Ю. Сдобняков,

B. В. Кулагин // Мониторинг. Наука и технологии. - 2016. - № 3 (28). - С. 50-54.

17. Антонов, А.С. Сравнительное исследование вольт-амперных характеристик туннельного контакта наноразмерных пленок золота и серебра / А.С. Антонов, Д.В. Иванов, И.И. Сорокина, Н.Ю. Сдобняков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. науч. тр. / под общей редакцией В.М. Самсонова, Н.Ю. Сдобнякова. - Тверь: Тверской государственный университет, 2016. - Вып. 8.-С. 13-18.

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. Антонов, А.С. Моделирование процесса взаимодействия в системе зонд CTM - образец со сложным рельефом: рекомендации по штатному технологическому режиму работы / А.С. Антонов, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, В.И. Романовский // Физико- химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2017. - Вып. 9. - С. 6-18.

20. Антонов, А.С. Исследование морфологии рельефа пленок меди на поверхности слюды / А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков, Д.В. Иванов, К.Б. Подболотов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2017. - Вып. 9. - С. 19-26.

21. Свидетельство № 2017615319 Российская Федерация. Оболочка управления вычислительными процессами: свидетельство о государственной регистрации для ЭВМ / Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров, А.Ю. Колосов, А.С. Антонов; заявитель и правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет». - № 2017612141; заявл. 16.03.2017; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 12.05.2017. - [1] с.

Структура и объём работы. Данная диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, приложения, а также списка цитируемой литературы, включающего 255 наименований. Объем работы составляет 198 страниц, включая 72 иллюстрации и 5 таблиц.

Во введении показана актуальность темы диссертации, приведен краткий обзор статей, описывающий как современное состояние исследуемой области, так и конкретное место, которое данная работа занимает в ней. Помимо этого сформулированы цели и задачи диссертации, перечислены полученные

результаты, продемонстрирована их научно-практическая ценность, а также показаны их обоснованность и достоверность. И наконец, во введении приведены положения, выносимые на защиту, и в кратко изложено содержание разделов диссертации.

В первой главе представлен обзор современного состояния исследований в области изучения морфологических, фрактальных характеристик наночастиц и электрических характеристик туннельного контакта зонд-образец методами атомной, зондовой и туннельной микроскопии, в частности, отмечены теоретические и практические аспекты изучения фрактальной размерности в наносистемах. Кроме того, рассмотрена проблема взаимосвязи между механизмом напыления наноразмерных пленок и их морфологическими характеристиками. В постановочном плане рассматривается вопрос моделирования формы зонда и механизма его взаимодействия с образцом.

Во второй главе описаны технологические основы современных сканирующих зондовых микроскопов, проведен обзор основных методик туннельной микроскопии (методы постоянного тока и постоянной высоты). Описан принцип работы на нанотехнологическом комплексе «УМКА - 02G», изложена методика подготовки образцов для изучения фрактальной размерности и электрических свойств туннельного контакта зонд-образец с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Кроме того, нами использованы готовые образцы, подготовленные в ЗАО «Концерн «Наноиндустрия».

Кроме того, излагаются важные, но в целом вспомогательные результаты компьютерного эксперимента по моделированию процесса взаимодействия зонда силового туннельного микроскопа с образцом на примере системы медь (зонд) - золото (образец). Кроме того, приведены результаты по оценке размерного и температурного интервала штатного функционирования сканирующего туннельного микроскопа для изучения отдельных участков поверхности. Предполагается, что при моделировании наночастиц металлов в различных технологических процессах должны учитываться температурные режимы функционирования с учётом рабочих элементов, их поверхностные

характеристики, возможность возникновения спонтанных процессов, в частности коалесценции.

Третья глава посвящена непосредственному описанию экспериментальных результатов на примере образцов «золото на слюде», «серебро на слюде», «хром на стекле» по определению линейных размеров отдельных объектов поверхности (впадин и пиков), факторов, влияющих на формирование рельефа образца. Для образцов «золото на слюде» и «серебро на слюде» исследованы отдельные участки профиля и поверхности на наличие фрактальных структур, а также наиболее вероятные значение фрактальной размерности и значения, отвечающие максимальным размерностям профиля и поверхности. Проведено исследование BAX контакта металл - металл для образцов золота, серебра и хрома с острием из вольфрама с целью подтверждения гипотезы необходимости тщательного учета параметров, влияющих на туннельный ток, для извлечения физически адекватной информации об электронной структуре образца.

Завершается работа основными результатами и выводами.

Благодарность. Автор выражает признательность научному руководителю - доценту кафедры общей физики, к. ф.-м. н. Н.Ю. Сдобнякову, а также д. ф.-м. н. В.М. Самсонову, совместно с которым проводились отдельные исследования по теме данной диссертационной работы. Автор также благодарен коллегам за обсуждение результатов работы на научных конференциях и семинарах. Кроме того, автор выражает признательность за плодотворное сотрудничество к. ф.-м. н. Д.Н. Соколову, аспирантам Н.В. Новожилову, А.Ю. Колосову. Также автор благодарен А.В. Исаеву за предоставленные серверные мощности для проведения компьютерных экспериментов.