The change in electronic structure of oriented multilayer carbon nanotubes under action of pulsed ion beam of nanosecond duration

Abstract

ключевые слова: многостенные углеродные нанотрубки, импульсный ионный пучок, X-ray photoelectron spectroscopy, X-ray Auger-electron spectroscopy, углерод луковичной формы, sp .Работа выполнена по государственному заданию ОНЦ СО РАН в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований государственных ака-демий наук на 2013-2020 годы по направлению II.9, проект № II.9.2.1 (номер госрегистрации в системе егиСу НиОктР АААА-А17-117041210227-8).Введение. На настоящий момент известны раз-личные аллотропные формы углерода, такие как углеродные нанотрубки, фуллерены, графен, угле-род луковичной формы, наноалмазы и др. Данные материалы являются перспективными для их при-менения в качестве холодных полевых эмиттеров, компонентов газовых сенсоров, а также устройств хранения и преобразования энергии [1]. Многие физико-химические свойства подобных структур в значительной степени зависят от химического со-стояния поверхностных атомов. Использование по-верхностно чувствительных рентгеноэлектронных методов XAES (X-ray Auger Electron Spectroscopy) и XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) позволяет провести химический анализ атомов в приповерх-ностной области данных структур [2][3][4]. Анализ первой производной оже-спектра C KVV методом XAES позволяет получить количественную инфор-мацию о доле атомов углерода в sp 2 -и sp 3 -гибри-дизации. Ценную информацию о распределении плотности занятых электронных состояний вблизи уровня Ферми также можно получить из анали-за спектров электронов валентной зоны. В то же время количественный анализ sp 2 и sp 3 состояний по данным валентной зоны затруднен, что связа-но с чувствительностью валентной зоны не только к химическому составу, но также и к физическому расположению атомов [4].В настоящее время повышенный интерес вы-зывает возможность трансформации углеродных материалов посредством импульсного энергетиче-ского, например лазерного, воздействия [5]. Од-ним из перспективных методов модифицирова-ния материалов является применение импульсных ионных пучков [6]. Данное воздействие способно за счет сильно неравновесных термомеханических процессов, протекающих за короткий промежуток времени (~10 -9 -10 -6 с), высоких градиентов темпе-ратуры и давления, изменять морфологию, атомную и электронную структуру, а также формировать но-вые фазовые состояния в материале.В данной работе проведено исследование изме-нения структуры и химического состояния атомов углерода в МУНТ ориентированных перпендику-П. м. кОРуСеНкО 94лярно подложке вследствие воздействия импульс-ного ионного воздействия с различной кратностью облучения по данным просвечивающей электрон-ной микроскопии и рентгеноэлектронных исследо-ваний.Эксперимент. Слои МУНТ формировались ме-тодом газофазного химического осаждения при пиролизе смеси ацетонитрила и ферроцена на под-ложках из монокристаллического кремния с по-верхностным термическим окислом. Облучение слоев ориентированных МУНТ проводилось им-пульсным ионным пучком на ускорителе ТЕМП 4М [7] в Томском политехническом университете со следующими параметрами: состав пучка H + -15...