Materials of Electronics Engineering (E-Journal) / Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники
Not a member yet
466 research outputs found
Sort by
Измерение поля эффективной магнитной анизотропии и ширины линии ферромагнитного резонанса на частоте ФМР в магнитноодноосных гексагональных ферритах
Get PDFThe work is purely metrological in nature. The developed methods for measuring the effective magnetic anisotropy field HAeff and the line width of ferromagnetic resonance ∆H of magnetically-axis hexagonal ferrites in the working frequency range of the microwave range of electromagnetic waves are presented. Methods allow to determine HAeff in the ranges of 10—23 kOe and 28—40 kOe and ΔН in the range of 0.5÷5 kOe. The first technique (measurement technique in free space in the three-millimeter wavelength range) is implemented in the frequency range 78.33—118.1 GHz. The second technique (the technique using the microstrip transmission line) is implemented in the frequency range from 25 to 67 GHz.Testing of the methods on polycrystalline samples of hexagonal barium and strontium ferrites (both nominal composition and complex ones) with a high degree of magnetic texture, comparison of measurement results with results obtained using standard measurement techniques on spherical samples showed their high accuracy and reliability.Рассмотрены вопросы метрологии и определения магнитных величин. Представлены разработанные методики измерения поля эффективной магнитной анизотропии НАэфф и ширины линии ферромагнитного резонанса ∆Н магнитноодноосных гексагональных ферритов в рабочем диапазоне частот СВЧ-диапазона электромагнитных волн. Методики позволяют определить НАэфф в диапазонах 10—23 и 28—40 кЭ и ∆Н в диапазоне 0,5—5,0 кЭ. Первая методика (методика измерения в свободном пространстве в трехмиллиметровом диапазоне длин волн) реализована в диапазоне частот 78,33—118,1 ГГц. Вторая методика (методика с использованием микрополосковой линии передачи) — в диапазоне частот от 25 до 67 ГГц.Апробация методик на поликристаллических образцах гексагональных ферритов бария и стронция (как номинального состава, так и сложнозамещенных) с высокой степенью магнитной текстуры, а также сравнение результатов измерений с результатами, полученными с применением общепринятых методик измерений на сферических образцах, показали высокую точность и надежность разработанных методик
Фазовые превращения при кристаллизации Sr2CrMoO6–δ
Get PDFThe sequence of phase transformations in the process of crystallization of the Sr2CrMoO6 by the solid-phase technique from a stoichiometric mixture of simple oxides SrCO3 + 0.5Cr2O3 + MoO, has been investigated. It was determined that the synthesis of the strontium chrome-molybdate proceeds through a series of sequential-parallel stages. By means of the differential thermal analysis and thermogravimetric analysis data, it has been established that five clearly expressed endothermal effects were observed in the temperature range 300—1300 K. It was found that during the studies of the phase transformations sequence in the process of the double perovskite synthesis, SrCrO3, SrMoO4 and Sr2CrO4 are the main concomitant compounds. Herewith, it has been observed that with the annealing temperature increase from 300 to 1270 K, the complex compounds SrCrO4, SrCrO3 (350—550 K) and SrMoO4, Sr2CrO4 (600—750 K) are emerging initially and practically simultaneously. It has been revealed with a subsequent temperature increase that in the temperature range 940—1100 K, the SrMoO4, Sr2CrO4 and SrCrO3 phase concentration dramatically drops with the emerging and growth of the Sr2CrMoO6-δ double perovskite. With that in the range up to 1120—1190 K, the main XRD reflexes intensity for the SrCrO3 and SrMoO4 lowers substantially, and their content in the samples at 1170 К is no more than 7,9 %. During a consideration of the derivative of the SrCrO3, SrMoO4 and Sr2CrO4 phase transformation degree (|(dα/dt)|mах), at which their crystallization rates are maximal, it has been determined that |(dα/dt)|mах for the Sr2CrO4 corresponds to the maximal temperature 1045 K, which indicates the presence of considerable kinetic difficulties at the formation of the Sr2CrO4 phase. Thereafter this phase does not disappear and at its appearance the slowing down of the double perovskite growth takes place. On the base of investigations of the phase transformations dynamics for the obtaining of the single-phase Sr2CrMoO6-δ compound with the superstructural ordering of the Cr/Mo cations and improved magnetic characteristics, the SrCrO3 and SrMoO4 precursors were used with combined heating modes.Исследована последовательность фазовых превращений в процессе кристаллизации Sr2CrMoO6-δ из стехиометрической смеси простых оксидов SrCO3 + 0,5Cr2O3 + MoO. Установлено, что фазообразование хромомолибдата стронция протекает через ряд последовательно-параллельных стадий. Согласно данным дифференциально-термического и термогравиметрического анализов, обнаружено, что в температурном диапазоне 300—1300 К наблюдается пять ярко выраженных эндотермических эффектов. При изучении последовательности фазовых превращений в процессе синтеза двойного перовскита обнаружено, что основными сопутствующими соединениями являются SrCrO3, SrMoO4 и Sr2CrO4. При этом замечено, что с ростом температуры отжига от 300 до 1270 К в исходной смеси первоначально и практически одновременно появляются сложные соединения SrCrO4, SrCrO3 (350—550 К), а затем и SrMoO4, Sr2CrO4 (600—750 К). Показано, что с последующим увеличением температуры в интервале температур 940—1100 К концентрация фаз SrMoO4, Sr2CrO4 и SrCrO3 резко падает с появлением и ростом двойного перовскита Sr2CrMoO6-δ. При этом в интервале температур до 1120—1190 К основные рентгеновские рефлексы фазы Sr2CrO4 уменьшаются незначительно, тогда как интенсивность рентгеновских рефлексов фаз SrCrO3 и SrMoO4 снижается существенно больше и их содержание в образце при температуре 1170 К составляет не более 7,9 %. Анализ амплитудных значений производной степени превращения фаз SrCrO3, SrMoO4 и Sr2CrO4, при которых скорости их кристаллизации максимальны, показал, что для Sr2CrO4 величина |(dα/dt)|mах соответствует наибольшей температуре T = 1045 К. Это указывает на наличие кинетических трудностей при образовании фазы Sr2CrO4, которая в дальнейшем не исчезает, а при ее появлении наблюдается замедление роста двойного перовскита. На основании результатов, полученных при изучении динамики фазовых превращений для формирования однофазного Sr2CrMoO6-δ со сверхструктурным упорядочением Cr/Mo и улучшенными магнитными характеристиками, были применены прекурсоры SrCrO3 и SrMoO4 с использованием комбинированных режимов нагрева
Основные научно-технические проблемы применения гибридных высокопроизводительных вычислительных комплексов в материаловедении
Get PDFThe article discusses the use of hybrid HPC clusters for the execution of software designed to calculate the electronic structure and atomic scale materials modeling. Modern software systems, which are designed to solve the problems of materials science, use the capabilities of various hardware computing accelerators to increase productivity. The use of such computing technologies requires the adaptation of application program code to hybrid computing architectures, which include classic central processing units (CPUs) and specialized graphics accelerators (GPUs).The use of large computing hybrid systems requires the development of methods for ensuring the workloading of such computing systems that will allow efficient use of computing resources and avoid equipment downtime.First of all, these methods should allow parallel execution of user applications using computational accelerators. However, in practice, software environments designed to solve application problems cannot be deployed in the same computing environment due to software incompatibility. In order to overcome this limitation and ensure the parallel execution of diverse types of materials science tasks, the creation of individual task execution environments based on virtualization technologies and cloud technologies.The continuation of virtualization technologies and the provision of cloud services is the construction of digital platforms. The article proposes the use of a digital platform for hosting scientific materials science services that provide calculations using various application software systems. Digital platforms make it possible to provide a unified user interface to scientific materials science services. The platform provides opportunities for finding the necessary scientific services, transferring source data and results between users, the platform and hybrid high-performance clusters.В статье рассматриваются вопросы применения гибридных высокопроизводительных комплексов для исполнения программных систем, предназначенных для расчета электронной структуры и моделирования материалов на атомном уровне. Современные программные системы, предназначенные для решения задач материаловедения используют для увеличения производительности возможности различных аппаратных ускорителей вычислений. Использование таких вычислительных технологий требуют адаптации программного кода приложений к гибридным вычислительным архитектурам, включающим в себя классические центральные процессоры (CPU) и специализированные графические ускорители (GPU).Применение крупных вычислительных гибридных комплексов требует разработки методов обеспечения загрузки таких вычислительных комплексов, которые позволят эффективно использовать вычислительные ресурсы и избегать простоя оборудования. В первую очередь данные методы должны позволять обеспечивать параллельное выполнение пользовательских приложений, использующих ускорители вычислений. Однако, на практике программные среды, предназначенные для решения прикладных задач не могут быть развернуты в одной вычислительной среде из-за несовместимости программного обеспечения. С целью преодоления этого ограничения и обеспечения параллельного выполнения разнотипных задач материаловедения создание индивидуальных сред исполнения заданий на основе технологий виртуализации и облачных технологий. Развитием технологий виртуализации и предоставления облачных сервисов является построение цифровых платформ. В статье предлагается использование цифровой платформы для размещения научных сервисов материаловедения, которые обеспечивают расчеты с использованием различных прикладных программных систем. Цифровые платформы позволяют предоставить единый интерфейс пользователей к научным сервисам материаловедения. Платформа предоставляет возможности по поиску необходимых научных сервисов, передаче исходных данных и результатов между пользователями, платформой и гибридными высокопроизводительными комплексами
Многомасштабное моделирование кластеров точечных дефектов в полупроводниковых структурах
Get PDFClusters of point and extended defects, arising in semiconductors as a result of radiation exposure, allow structures to acquire various properties that can be used in the manufacture of new generation devices for nanoelectronics. Numerical simulation of semiconductor materials used to research such processes is a resource-intensive and multifaceted task. To solve it, the multiscale modeling complex was created and the multiscale composition containing instances of basic composition models was set. An algorithm was developed that allows speeding up calculations for systems of large dimensions and accounting for a large number of interacting atoms. The structure of silicon with a complex of point defects was considered as a model. Molecular dynamics simulation was performed using the multiparameter potential of Tersoff. For the calculations, an effective approach to the implementation of parallel computing was presented, and software for parallelizing the computations was used, placed on the hybrid high-performance computing complex of the FRC «Computer Science and Control» of Russian Academy of Science. To implement the parallelized algorithm, the OpenMP standard was used. This approach has significantly reduced the computational complexity of the calculations.It was shown that the developed high-performance software can significantly accelerate molecular dynamics calculations, such as the calculation of divacancy communication energy, due to the parallelization algorithm.Кластеры точечных и протяженных дефектов, возникающие в полупроводниках в результате радиационного воздействия, позволяют структурам приобретать различные свойства, которые могут быть использованы при изготовлении приборов нового поколения для наноэлекроники. Численное моделирование полупроводниковых материалов, применяемое для изучения таких процессов, — это ресурсоемкая и многограная задача. Для ее решения создан комплекс многомасштабного моделирования и задана многомасштабная композиция, содержащая экземпляры базовых моделей-композиций. Разработан алгоритм, позволяющий ускорять расчеты для систем больших размерностей и учета большого количества взаимодействующих атомов. В качестве модели рассмотрена структура кремния с комплексом точечных дефектов. Молекулярно-динамическое моделирование проведено с применением многопараметрического потенциала Терсоффа. Для расчетов представлен эффективный подход к осуществлению параллельных вычислений, и применены программные средства распараллеливания вычислений, размещенные на гибридном высокопроизводительном вычислительном комплексе ФИЦ «Информатика и управление» РАН. Для реализации распараллеленного алгоритма использован стандарт OpenMP. Такой подход позволил значительно снизить вычислительную сложность проводимых расчетов.Показано, что разработанное высокопроизводительное программное обеспечение может значительно ускорить молекулярно-динамические расчеты, в частности, такие как расчет энергии связи дивакансий за счет алгоритма распараллеливания
Факторы, определяющие актуальность создания исследовательской инфраструктуры для синтеза новых материалов в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития России
Get PDFIn the modern world, knowledge and high technologies determine the effectiveness of the economy, can radically improve the quality of life of people, modernize infrastructure and public administration, and ensure law and order and security. The creation of a research infrastructure based on a high-performance hybrid cluster enabled detailed calculations of complex phenomena and processes without full-scale experiments. It has become possible to most efficiently apply modern methods of multiscale computer modeling when developing prototypes of new materials with desired properties for their further synthesis. Such approaches can significantly reduce the cost and speed up the development of modern technologies for producing new semiconductor materials for nanoelectronics, composite materials for the aerospace industry and others. Thus, the use of multiscale modeling methods in combination with the use of high-performance software tools made it possible to create a computer model of a nanoscale heterostructure, develop tools for predictive computer modeling of the physical structure of nanoelectronic devices, the neuromorphic architecture of multilevel memory devices, defect formation in composite materials, and others.В современном мире знания и высокие технологии определяют эффективность экономики, позволяют кардинально повысить качество жизни людей, модернизировать инфраструктуру и государственное управление, обеспечить правопорядок и безопасность. Создание исследовательской инфраструктуры, базирующейся на высокопроизводительном гибридном кластере, позволило проводить детальные расчеты сложных явлений и процессов без натурных экспериментов. Стало возможным наиболее результативно применять современные методы многомасштабного компьютерного моделирования при разработке прототипов новых материалов с заданными свойствами для их дальнейшего синтеза. Такие подходы позволяют существенно удешевить и ускорить процессы разработки современных технологий получения новых полупроводниковых материалов для наноэлектроники, композитных материалов для авиационно-космической отрасли и других. Так использование методов многомасштабного моделирования в сочетании с применением высокопроизводительных программных средств позволило создать компьютерную модель наноразмерной гетероструктуры, разработать средства для предсказательного компьютерного моделирования физической структуры приборов наноэлектроники, нейроморфной архитектуры многоуровневых устройств памяти и изучать процессы дефектообразования в композитных материалах
Пилотная установка по очистке «теплой жидкости» тетраметилсилана и проведения «неускорительных экспериментов»
Get PDFThe use of «warm liquid» tetramethylsilane (TMS) is relevant in large massive calorimeters (with a volume of several hundred liters) to search for processes with very low energy releases. This direction is called «non-accelerator» experiments with low-background detectors.Применение «теплой жидкости» тетраметилсилана (TMС) является актуальным в больших массивных калориметрах (с объемом несколько сот литров) для поиска процессов с очень малыми энерговыделениями. Это направление называется «неускорительные» эксперименты с низкофоновыми детекторами. С помощью этих экспериментов можно проверить стандартную модель электрослабых взаимодействий. Поэтому полностью отработанная технология получения в больших количествах «теплой жидкости» ТМС, позволяет провести такие эксперименты.Совместно с ГНИИХТЭОС разработана пилотная установка для очистки ТМС до степени 24 ррв , при которой возможно наполнение калориметров и микродозиметров ТМС. Очистка состоит их четырех этапов — начиная с первого этапа, где концентрат ТМС так называемый «легкий погон» получают с завода.Рассматривается создание на большом количестве высокоочищенной «теплой жидкости» ТМС — нового класса детекторов с рекордной чувствительностью к редким и слабоионизирующим частицам — так называемые детекторы “без стенок”. Предлагаемый двухфазный эмиссионный низкофоновый детектор (ДЭНД) — в котором одновременно находится две фазы ТМС — жидкость-газ, позволяет проводить эксперименты, в том числе по поиску W-частиц
Микроволновый синтез в процессе горения и исследование свойств нанопластин никелевого феррита
No full textНанопластины никелевого феррита были успешно синтезированы с использованием простого метода микроволнового синтеза в процессе горения с применением тринатрийцитрата в качестве топлива. Химические и структурные свойства полученного образца были исследованы с использованием различных методик. Магнитные свойства образца были исследованы с помощью измерений намагниченности в зависимости от величины магнитного поля. Полученные результаты свидетельствуют о том, что полученный образец состоит из нанопластин никелевого феррита фазовой чистоты размерами в диапазоне 40—50 нм и проявляет мягкие магнитные свойства со значениями намагниченности насыщения 49 эме/г и коэрцитивной силы 167G. Сделан вывод о том, что предлагаемый метод представляет собой простой способ получения нанопластин никелевого феррита для широкого спектра применений
Вычисление эффективного коэффициента теплопроводности сверхрешетки на основе кинетического уравнения Больцмана с использованием первопринципных расчетов
Get PDFIn this work, we calculate the effective thermal conductivity coefficient for a binary semiconductor heterostructure using the GaAs/AlAs superlattice as an example. Different periods of layers and different ambient temperatures are considered. At the scale under consideration, the use of models based on the Fourier law is very limited, since they do not take into account the quantum-mechanical properties of materials, which gives a strong discrepancy with experimental data. On the other hand, the use of molecular dynamics methods allows us to obtain accurate solutions, but they are significantly more demanding on computing resources and also require solving a non-trivial problem of potential selection. When considering nanostructures, good results were shown by methods based on the solution of the Boltzmann transport equation for phonons; they allow one to obtain a fairly accurate solution, while having less computational complexity than molecular dynamics methods. To calculate the thermal conductivity coefficient, a modal suppression model is used that approximates the solution of the Boltzmann transport equation for phonons. The dispersion parameters and phonon scattering parameters are obtained from first-principle calculations. The work takes into account 2-phonon (associated with isotopic disorder and barriers) and 3-phonon scattering processes. To increase the accuracy of calculations, the non-digital profile of the distribution of materials among the layers of the superlattice is taken into account. The obtained results are compared with experimental data showing good agreement.В работе проводится вычисление эффективного коэффициента теплопроводности для бинарной полупроводниковой гетероструктуры на примере сверхрешетки GaAs/AlAs для различных периодов слоев и при различных температурах окружающей среды. На рассматриваемых масштабах использование моделей, основанных на законе Фурье, сильно ограничено, т. к. они не учитывают квантовомеханические свойства материалов, что дает сильное расхождение с экспериментальными данными. С другой стороны, использование методов молекулярной динамики позволяет получить точные решения, но они существенно более требовательны к вычислительным ресурсам и требуют решение нетривиальной задачи подбора потенциала. При рассмотрении наноструктур хорошие результаты показали методы, основанные на решении кинетического уравнения Больцмана для фононов, они позволяют получить достаточно точное решение, при этом обладая меньшей вычислительной сложностью, чем методы молекулярной динамики. Для расчета коэффициента теплопроводности в работе используется модель модального подавления, аппроксимирующая решение кинетического уравнения Больцмана для фононов. Дисперсионные параметры и параметры рассеяния фононов получены из первопринципных расчетов. В работе учитываются двух фононные, связанные с изотопичеким беспорядком и барьерные, и трех фононные процессы рассеяния. Для повышения точности вычислений, в работе учитывается неоднородность распределения материалов по слоям сверхрешетки. Проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными, продемонстрировано хорошее соответствие
Новое поколение нанокомпозитных материалов на основе углерода и титана для использования в суперконденсаторных накопителях энергии
Get PDFIn this paper, promising nanocomposite materials based on carbon and titanium are considered. It is shown that the use of a highly porous matrix is of particular interest. Materials based on such matrices have minimal weight and high strength characteristics. The paper also describes composites based on porous carbon fibers with metal oxides. The directions for producing composites can be divided into three types: matrix method, coating of finished nanoparticles with an inert shell, and the formation of nanoparticles and matrices in one process. The coating of nanoparticles with an inert shell prevents their oxidation and preserves the necessary magnetic properties. When using methods such as IR pyrolysis, arc evaporation forms third-party metal-carbon phases that pollute the resulting material. To avoid this, reducing agents are used, for example, hydrogen when coking nanoparticles in a methane plasma current restores metal particles from its Sol-gel and prevents them from reacting with carbon. But with this method, it is difficult to control the particle size. Using a ready-made matrix allows you to control the size of nanoparticles. However, this method uses high temperatures, and sometimes hydrogen, which complicates the production process. The main problem in the field of nanocomposites is the search for more technological, simple, cheap and environmentally friendly methods for obtaining nanocomposites with high performance characteristics. The developed technology for forming the pore space of the initial carbon matrix does not have the above disadvantages. This technology has a simple, cheap, environmentally friendly design. high temperatures are not used in the process of producing nanocomposites and third-party metal-carbon phases are not formed. The resulting nanocomposite materials were used as electrodes for ultra-high-volume capacitor structures. When studying the capacitance and electrical characteristics of samples, it was found that the formation of metal on a porous carbon matrix can significantly reduce the internal resistance of the cell and increase the specific energy consumption.Рассмотрены перспективные нанокомпозитные материалы на основе углерода и титана. Показано, что особый интерес представляет использование высокопористой матрицы. Материалы на основе таких матриц имеют минимальные весовые и высокие прочностные характеристики. Также в работе охарактеризованы композиты на основе пористых углеродных волокон с оксидами металлов. Направления получения композитов условно можно разделить на три вида: матричный способ, покрытие готовых наночастиц инертной оболочкой, образование наночастиц и матриц в одном процессе. Покрытие наночастиц инертной оболочкой позволяет предотвратить их окисление и сохранить необходимые магнитные свойства. При использовании таких методов как ИК-пиролиз, дуговое испарение образуется сторонние метал-углеродные фазы, которые загрязняют получаемый материал. Чтобы этого избежать, используют восстановители, например водород при закоксовывании наночастиц в токе метановой плазмы восстанавливает частицы металла из его золь-геля и не дает им вступить в реакцию с углеродом. Но при таком способе трудно контролировать размер частиц. Использование же готовой матрицы позволяет контролировать размер наночастиц. Однако, в таком методе используются высокие температуры, а иногда и водород, что усложняет процесс получения. Основной проблемой в области нанокомпозитов является поиск более технологичных, простых, дешевых и экологичных методов получения нанокомпозитов с высокими эксплуатационными характеристиками. Разработанная технология формирования порового пространства исходной углеродной матрицы не имеет вышеперечисленных недостатков. Данная технология имеет простое, дешевое, экологически чистое оформление, в процессе получения нанокомпозитов не применяются высокие температуры и не образуются сторонние металл-углеродные фазы. Полученные нанокомпозитные материалы были использованы в качестве электродов сверхъемких конденсаторных структур. При исследовании емкостных и электрических характеристик образцов было выявлено, что формирование металла на пористой углеродной матрице позволяет существенно уменьшить внутреннее сопротивление ячейки и увеличить удельную энергоемкость