Влияние кривизны поверхности стандартных образцов кремния на его структурные характеристики

Рассмотрены особенности четырёхкружных дифрактометров, применяемых для идентификации состава веществ и материалов, а также для определения многих механических, физико-химических и биологических функционально значимых характеристик веществ на арбитражном уровне. При контроле работы и аттестации дифрактометров используется система стандартных образцов дифракционных свойств, включая стандартные образцы параметра кристаллической решётки. В связи с учётом новой квантовой реальности современных технологий уточнены характеристики указанных стандартных образцов. По результатам прецизионных измерений размера элементарной ячейки стандартных образцов дифракционных свойств кремния обнаружено изменение структурных характеристик кремния при изменении диаметра сфер образцов. Этот размерный эффект, найденный впервые в миллиметровом диапазоне, аналогичен эффекту, наблюдаемому при изменении размеров наночастиц кремния и других веществ с различным типом химической связи атомов. Показано, что размерный эффект необходимо учитывать при аттестации стандартных образцов, используемых при испытаниях четырёхкружных дифрактометров. Полученные результаты имеют значение для понимания наносостояния вещества и будут полезны в различных отраслях промышленности – робототехнике, солнечной энергетике, а также при фокусировке лазерных пучков и разработке систем навигации.

1. Wong-Ng W. et al., Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, 2001, vol. 106, no. 6, 1071. https://doi.org/10.6028/jres.106.058

2. Кодесс Б. Н. Метрологическое обеспечение высокоточных измерений характеристик ключевых материалов современных технологий и их стандартные образцы состава и свойств // История науки и техники. 2010. № 9. С. 29–36.

3. Kodess B., et al., Meeting Report, Neutron News, 2009, vol. 20, iss. 3, p. 4. https://doi.org/10.1080/10448630903114026

4. Hubbard C. R., Journal of Аpplied Сrystallography, 1983, vol. 16, no. 3, pp. 285–288. https://doi.org/10.1107/S0021889883010456

5. Yoder-Short D., Journal of Аpplied Сrystallography, 1993, vol. 26, no. 2, pp. 272–276. https://doi.org/10.1107/S0021889892011610

6. Кодесс Б. Н., Лазукина О. П., Волкова Е. Н., Малышев К. К. Примесный состав и параметры кристаллической решетки высокочистого α-Mn // Неорганич // Неорганические материалы. 2020. Т. 56. № 5. С. 538–543. https://doi.org/10.31857/S0002337X20050073

7. Кодесс Б. Н., Сидоренко Ф. А. Анизотропия магнитной восприимчивости силицида V3Si // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. № 4. С. 370–376. https://doi.org/10.31857/S0015323021040033

8. Белозеров Ю. С., Князев А. В., Кодесс Б. Н., Шипилова А. С., Стешин М. О., Трошин О. Ю., Буланов А. Д. Линейный коэффициент теплового расширения железа различного изотопного состава // Неорганические материалы. 2021. Т. 57. № 11. С. 1202–1206. https://doi.org/10.31857/S0002337X21110026

9. Морохов И. Д., Петинов В. И., Трусов Л. И., Петрунин В. Ф. Структура и свойства малых металлических частиц // Успехи физических наук. 1981. Т. 133. № 4. С. 653–692. https://doi.org/10.3367/UFNr.0133.198104c.0653

10. Зубов В. И. Некоторые размерные эффекты и свойства ультрадисперсных систем // Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева. 1991. Т. 36. № 2. С. 133–137.

11. Филиппов М. А., Кодесс Б. Н. Об изменении тонкой структуры марганцовистых сталей под влиянием ударных волн высокого давления // Физика металлов и металловедение. 1971. Т. 31. № 1. С. 172–176.

12. Kodess B., Kodess P., Investigation of nanostructure materials for developing new x-ray reference materials, Proceedings of the Denver X-ray Conference, ICDD, 2015, vol. 59, pp. 243–254.

13. Aleksyeyev P. et al., Acta Physica Polonica A, 2006, vol. 4, no. 109, pp. 555–559. https://doi.org/10.12693/APhysPolA.109.55

14. Nabialek A., et al., Journal of Applied Physics, 2009, vol. 105 (6), 063918. https://doi.org/10.1063/1.3093696

15. Gamarnik M. Y., Physica status solidi (b), 1990, vol. 161, iss. 2, pp. 457–462. https://doi.org/10.1002/pssb.2221610202

16. Кодесс Б. Н., Кузин А. Ю. Оценка соответствия заявляемым характеристикам дифрактометров для определения фазового состава веществ и материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2017. Т. 83. № 12. С. 61–70. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2017-83-12-61-70

17. Кодесс Б. Н., Сарин В. А. Нейтронный дифрактометр для определения структурных характеристик монокристаллов // Измерительная техника. 2014. № 11. С. 51–54.

18. Kodess B. N., et al., Metrological assurance of the quality control of pharmaceutical production using XRD methods, Proceeding the 8th Pharmaceutical X-ray Diff raction Symposium, 4–7 May 2009, Glasgow, Scotland, UK, pp. 9–10.

19. Medetbekov M. T. et al., Phase transitions, elastic constants and electron distribution in KDP-family, Acta Сrystallographica. Section A: Foundations of Crystallography, 1999, vol. 55, р. 61.

20. Kodess B., Kodess P., Materials Research Proceedings, 2022, vol. 21, pp. 259–263. https://doi.org/10.21741/9781644901755-46

21. Тюменцев А. Н., Дитенберг В. А., Коротаев, А. Д., Денисов К. И. Эволюция кривизны кристаллической решетки в металлических материалах на мезо и наноструктурном уровнях пластической деформации // Физическая мезомеханика. 2013. Т. 16. № 3. С. 63–79.

22. Панин В. Е. и др. Фундаментальная роль кривизны кристаллической структуры в пластичности и прочности твердых тел // Физическая мезомеханика. 2014. Т. 17. № 6. С. 7–18.

23. Vitelli V., Lucks J. B., Nelson D. R., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2006, vol. 103, no. 33, pp. 12323– 12328. https://doi.org/10.1073/pnas.0602755103

24. Суханов М. В. и др. Теплофизические свойства и кристаллическая структура особо чистого моноизотопного 80Se // Доклады Академии наук. 2016. Т. 466. № 3. С. 302–305. https://doi.org/10.7868/S0869565216030154

25. Petersen K. E., Proceedings of the IEEE, 1982, vol. 70, no. 5, pp. 420–457. https://doi.org/10.1109/PROC.1982.12331

26. Pogorelov V. A., Sokolov S. V., Cosmic Research, 2015, vol. 53, no. 6, pp. 458–468. https://doi.org/10.1134/S0010952515060040

27. Шебашаевич В. С., Дмитриев П. П., Иванцевич Н. В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. М.: Радио и связь, 1993. 408 с.

28. Tsakalakos L., Balch J., Fronheiser J., Korevaar B. A., Sulima O., Rand J., Applied Physics Letters, 2007, vol. 91, no. 23, 233117. https://doi.org/10.1063/1.2821113