ТЕМПЛЕЙТТІ СИНТЕЗ ӘДІСІ АРҚЫЛЫ АЛЫНҒАН ЖАҢА НАНОҚҰРЫЛЫМДЫ МАТЕРИАЛ

Мақалада a-SiO₂/Si-n трек матрицасында ең қарапайым әдіс болып табылатын химиялық тұндыру әдісімен алынған мырыш диселенатының нанокристалдарын эксперименттік зерттеу нәтижелері келтірілген. SiO₂/Si трек үлгісі ДЦ-60 циклотронында (Астана, Қазақстан) 200 МэВ (Φ = 10⁸ ион/см²) энергиясы бар Xe иондарымен сәулелену арқылы, содан кейін сулы ерітіндіде фтор қышқылымен (HF) химиялық өңдеу арқылы алынды. Химиялық өңдеуден бұрын изопропанолмен үлгі бетін 15 минут бойы ультрадыбыстық тазарту (6.SB25-12DTS) жүргізілді. Өңдеуден кейін үлгілер ионсыздандырылған сумен жуылды (18,2 МОм). Тректі темплейтіне химиялық тұндыру бөлме температурасында 60 минут бойы жүргізілді. Электролит ретінде мырыш хлориді және селен диоксидінен тұратын ерітінді қолданылды (ZnCl₂ – 3,4 г/л, SeO₂ – 0.2 г/л). Тұндырудан кейінгі үлгілердің беті Hitachi S-4800 сканерлейтін электронды микроскоппен (СЭМ) зерттелді. Морфологиялық талдау нанокеуектердің толу дәрежесінің температураға байланысты өзгеретіндігін көрсетті. Рентгендік құрылымдық талдау (РҚТ) D8 ADVANCE ECO рентгендік дифрактометрінің көмегімен жүргізілді. Рентгендік құрылымдық талдау деректеріне сәйкес, a-SiO₂/Si-n трек матрицасындағы мырыштың химиялық тұндырылуы орторомбты кристалды құрылымы бар ZnSe₂O₅ нанокристалдарының пайда болуына әкелді. Кристалдық тордың эксперименттік параметрлері, кристалл тығыздығы, тиімді заряд және химиялық байланыстың популяциясы атомдық орбитальдардың сызықтық комбинацияларының жуықтауында орындалған кванттық химиялық есептеулердің нәтижелерімен және басқа әдеби деректермен жақсы үйлеседі. Эмпирикалық емес есептеулер ZnSe₂O₅-тің Г-нүктесінде тікелей диапазоны бар екенін көрсетті, ал атомдардың есептелген тиімді зарядтары аралас иондық коваленттік байланыс түзетін химиялық байланыстарға айтарлықтай коваленттік үлесті көрсетеді. Фотолюминесценция (ФЛ) толқын ұзындығы 300 нм жарықпен қоздырылып, бөлме температурасында өлшенді. ФЛ спектрлері мырыш оксиді мен мырыш селенидінің люминесценция симбиозы ретінде қарастырылды. Химиялық тұндырылған үлгілердің ФЛ спектрі бөлме температурасында 2,6-дан 3,2 эВ-ге дейінгі толқын ұзындығы аралығындағы кең жолақтан тұрады.

1. Dauletbekova A., Schwartz K., Sorokin M.V., Russakova A., Baizhumanov M., Akilbekov A., Koloberdin M. F. center creation and aggregation in LiF crystals irradiated with 14N, 40Ar, and 84Kr ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2014. – Vol. 326. – P. 311–313. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.09.026

2. Dauletbekova A., Schwartz K., Sorokin M.V., Maniks J., Rusakova A., Koloberdin M., Zdorovets M. LiF crystals irradiated with 150 MeV Kr ions: Peculiarities of color center creation and thermal annealing // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2013. – Vol. 295. – P. 89–93. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.11.004

3. Crespillo M.L., Agulló-López F., Zucchiatti A. Cumulative approaches to track formation under swift heavy ion (SHI) irradiation: Phenomenological correlation with formation energies of Frenkel pairs // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. – 2017. – Vol. 394. – P. 20–27. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2016.12.022

4. Ananchenko D.V., Nikiforov S.V., Kuzovkov V.N., Popov A.I., Ramazanova G.R., Batalov R.I., Bayazitov R.M., Novikov H.A. Radiation-induced defects in sapphire single crystals irradiated by a pulsed ion beam // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. – 2020. – Vol. 466. – P. 1–7.

5. Apel P.Y. Track-etching // In book: Encyclopedia of membrane science and technology. – NY., 2013. – P. 1–25.

6. Apel P. Track etching technique in membrane technology. Radiation Measurements. – 2001. – Vol. 34. – P. 559–566. https://doi.org/10.1016/s1350-4487(01)00228-1

7. Hoek M.V., Tarabara V.V. (Eds.) Track-Etching. Encyclopedia of Membrane Science and Technology, Part IV. Membrane Applications, Wiley. – 2013. – P. 2390.

8. Velleman L., Shapter J. G., Losic D. Gold nanotube membranes functionalised with fluorinated thiols for selective molecular transport // Journal of Membrane Science. – 2009. – Vol. 328. – P. 121–126.

9. Muench F., Oezaslan M., Seidl T., Lauterbach S., Strasser P., Kleebe H.-J., Ensinger W. Multiple activation of ion track etched polycarbonate for the electroless synthesis of metal nanotubes // Applied Physics A. – 2011. – Vol. 105. – P. 847–854. https://doi.org/10.1007/s00339-011-6646-z

10. Enculescu I., Sima M., Enculescu M., Matei E., Toimil Molares M.E., Cornelius Th. Nickel nanotubes prepared by electroless deposition in ion track templates // Optoelectron. Adv. Mat. – 2008. – Vol 3. – P. 133–136.

11. Shao P. Gold nanotube membranes: Preparation, characterization and application for enantioseparation // J. Membr. Sci. – 2005. – Vol. 255. – P. 1–11.

12. Kumar V., Singh R., Chakarvarti S.K. Novel electroless template based synthesis of silver microtubules and their characterization. Dig. // J. Nanomater. Biostruct. – 2007. – Vol. 2. – P. 163–167.

13. Pashchanka M., Hoffmann R.C., Gurlo A., Swarbrick J.C., Khanderi J., Engstler J., Issanin A., Schneider J.J. A molecular approach to Cu doped ZnO nanorods with tunable dopant content // Dalton Trans. – 2011. – Vol. 40. – P. 4307.

14. Kadyrzhanov D.B., Zdorovets M.V., Kozlovskiy A.L., Kenzhina L.E., Petrov A.V. Modification of structural and conductive properties of Zn nanotubes by irradiation with electrons with an energy of 5 MeV // Mater. Res. Express. – 2017. – Vol. 4. – P. 125023.

15. Kluth P., Johannessena B., GloverC.J., Foran M.C. Ridgway Disorder in Au and Cu nanocrystals formed by ion implantation into thin SiO2 // Nucl. Instr. Meth. B. – 2005. – Vol. 238. – P. 285–289.

16. Ivanova Yu.A., Ivanou D.K., Fedotov A.K., Streltsov E.A., Demyanov S.E., Petrov A.V., Kaniukov E.Yu., Fink D. Electrochemical deposition of Ni and Cu onto monocrystalline n-Si (100) wafers and into nanopores in Si/SiO2 template // J Mater Sci. – 2007. – Vol. 42. – P. 9163–9169.

17. Dauletbekova A., Vlasukova L., Baimukhanov Z., Akilbekov A., Kozlovskiy A., Giniyatova Sh., Seitbayev A., Usseinov A., Akylbekova A. Synthesis of ZnO nanocrystals in SiO2/Si track template: Effect of electrodeposition parameters on structure // Physica Stat solidi B. – 2019. – Vol. 5. – P. 1800408.

18. Giniyatova Sh., Dauletbekova A., Baimukhanov Z., Vlasukova L., Akilbekov A., Usseinov A., Kozlovskiy A., Akylbekova A. Structure, electrical properties and luminescence of ZnO nanocrystals deposited in SiO2/Si track templates // Radiation measurements – 2019. – Vol. 125. – P. 52–56.

19. Ivanou D.K., Streltsov E.A., Fedotov A.K., Mazanik A.V., Fink D., Petrov A. Electrochemical deposition of PbSe and CdTe nanoparticles onto p-Si (100) wafers and into nanopores in SiO2/Si (100) structure // Thin Solid Films. – 2005. – Vol. 490. – P. 154–160.

20. Dauletbekova A.K., Alzhanova A.Y., Akilbekov A.T. et al. Synthesis of Si/SiO2/ZnO nanoporous materials using chemical and electrochemical deposition techniques // AIP Conference Proceedings. – 2016. – Vol. 1767, No. 1. – P. 020005-1–020005-4.

21. Akilbekov A., Balakhayeva R., Dauletbekova A. et al. Ion track template technology for fabrication of CdTe and CdO nanocrystals // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research B. – 2020. – Vol. 481. – P. 30–34.

22. Akylbekova A., Dauletbekova A., Sarsekhan G., Usseinov A. et al. Ion-Track Template Synthesis and Characterization of ZnSeO3 Nanocrystals // Crystals. – 2022. – Vol. 12. – No. 817. – P. 1–-14.

23. Сарсехан Г.Ғ., Акылбекова А.Д., Баймуханов З.К., Усеинов А.Б. Формирование наноструктур оксида меди в диоксиде кремния методом электрохимического осаждения // «Фундаментальные и прикладные проблемы физики полупроводников, микро- и наноэлектроники» материалы II- международной конференции – Ташкент, 2023. – С. 44-46. [Sarsekhan G., Akylbekova A.D., Baimukhanov Z.K., Usseinov A.B. Formation of copper oxide nanostructures in silicon dioxide by electrochemical deposition // “Fundamental and applied problems of physics of semiconductors, micro- and nanoelectronics” materials of II- International Conference – Tashkent, 2023. – P. 44–46. (In Russ.)]

24. Джунисбекова Д.А., Даулетбекова А.К., Баймуханов З.К., Баубекова Г.М. Акылбекова А.Д. Синтез нанопроволок орторомбического диоксида олова в трековых темплэйтах // Вестник национального ядерного центра Республики Казахстан – 2023. – № 3(95). – C. 121–127. [Junisbekova D.A., Dauletbekova A.K., Baimukhanov Z.K., Baubekova G.M. Akylbekova A.D. Synthesis of nanowires of orthorhombic tin dioxide in track templates // Bulletin of the National Nuclear Centre of the Republic of Kazakhstan – 2023. – No. 3(95). – P. 121–127. (In Russ.)]

25. Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D. SRIM-The Stopping and Range of Ions in Matter. – Chester, 2008. – 278 p.

26. Kaniukov E.Yu., Ustarroz J., Yakimchuk D.V. et al. Tunable nanoporous silicon oxide templates by swift heavy ion tracks technology // J. Nanotechnology. – 2016. – Vol. 27. – P. 1153051-1–1153051-13.

27. Langford J.I., Wilson A.J.C. Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size // J. Appl. Crystallogr. – 1978. – Vol. 11. – No. 2. – P. 102–113. https://doi.org/10.1107/S0021889878012844

28. Meunier G., Bertaud M. Cristallochimie du Selenium (+IV). II. Structure Crystalline de ZnSe2O5 // Acta Crystallographica. Section B, Structuralscience. –1974. – Vol. 30. – No. 12. – Р. 2840–2843. https://doi.org/10.1107/S0567740874008272

29. Perdew J.P., Zunger A. Self-interaction correction to density functional approximations for many-electron systems // Phys. Rev. B. – 1981. – Vol. 23. – P. 5048– 5079. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5048

30. Dirac P.A.M. Note on exchange phenomena in the Thomas-Fermi atom // Proc. Cambridge Phil. Soc. – 1930. – Vol. 26. – No. 3. – P. 376–385.

31. Dovesi R., Saunders V.R., Roetti R. et al. CRYSTAL14: User's Manual. – Torino: University of Torino, 2016. – 382 p.

32. Jaffe J.E., Hess A.C. Hartree-Fock study of phase changes in ZnO at high pressure // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol. 48. – No. 11. – P. 7903–7909. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.7903

33. Towler M.D., Zicovich-Wilson C. Selenium basis set for the crystal program // https://vallico.net/mike_towler/basis_sets/Se_basis.txt. 4.04.2019.

34. Mulliken R. S. Electronic population analysis on LCAOMO molecular wave functions // J. Chem. Phys. – 1955. – Vol. 23. – No. 10. – P. 1833–1840. http://dx.doi.org/10.1063/1.1740588

35. mp – 18373: ZnSe2O5 // https://materialsproject.org/materials.25.02.2021

36. Studenikin S.A., Golego N., Cocivera M. Fabrication of green and orange photoluminescent, undoped ZnO films using spray pyrolysis // J. Appl. Phys. – 1998. – Vol. 84. No. 4. – P. 2287–2294. https://doi.org/10.1063/1.368295

37. Kumano H., Ashrafi A.A., Ueta A. et al. Luminescence properties of ZnO films grown on GaAs substrates by molecular-beam epitaxy excited by electron–cyclotron resonance oxygen plasma // J. Crystal Growth. – 2000. – Vol. 214–215. – No. 1–2. – P. 280–283.

38. Degoda V.Ya., Sofienko A.O. Specific Features of the Luminescence and Conductivity of Zinc Selenide on Exposure to X-Ray and Optical Excitation // Semiconductors. – 2010. – Vol. 44. – No. 5. – P. 568–574.