Внедрение примеси в кремний с атомной точностью для создания элементов квантового компьютера
В отделе ведется разработка метода внедрения атомов фосфора в кремний с атомной точностью. Реализация данного метода позволит создавать логические элементы квантового компьютера на основе отдельных атомов примеси с электронным или ядерным спином в кремнии с использованием обменного взаимодействия для двухкубитовых операций. Разрабатываемое в ИОФ РАН решение по расстановке атомов примеси в кремнии отличается от решения, используемого на данный момент в мире. В качестве резиста для СТМ-литографии на поверхности кремния вместо водорода используется монослой хлора, взаимодействие которого с кремнием гораздо сильнее. Благодаря сильному взаимодействию Si-Cl появляется возможность создания вакансии зондом СТМ не только в слое резиста (как в случае использования водорода), но и в верхнем слое кремния. При наличии кремниевой вакансии, фосфин адсорбируется и встраивается точно на место удаленного атома кремния. Для закрытия атома фосфора слоями кремния проводится гомоэпитаксия кремния, при которой атомы сегрегируют на поверхность. Таким образом, имеется принципиальная возможность достижения фундаментального предела точности размещения атомов фосфора на поверхности кремния.
Публикации:
T.V. Pavlova, V.M. Shevlyuga, B.V. Andryushechkin, K.N. Eltsov, Chlorine insertion and manipulation on the Si(100)-2x1-Cl surface in the regime of local supersaturation, Physical Review B, 101, 235410 (2020), DOI: 10.1103/PhysRevB.101.235410 | arXiv.
T.V. Pavlova, V.M. Shevlyuga, B.V. Andryushechkin, G.M. Zhidomirov, K.N. Eltsov, Local removal of silicon layers on Si(100)-2х1 with chlorine-resist STM lithography, Applied Surface Science, 509 (2020) 145235. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.145235 | arXiv
T.V. Pavlova, G.M. Zhidomirov, K.N. Eltsov, First-Principle Study of Phosphine Adsorption on Si(001)-2x1-Cl, Journal of Physical Chemistry C, 122 (2018) 1741-1745.
T.V. Pavlova, E. S. Skorokhodov, G.M. Zhidomirov, K.N. Eltsov, Ab Initio Study of the Early Stage of Si Epitaxy on the Chlorinated Si(100) Surface, Journal of Physical Chemistry C (2019). DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b06128 | arXiv
Рост, интеркаляция, легирование и локальная модификация графена на поверхности Ni(111)
В отделе изучается процесс роста графена на поверхности Ni(111), легирование и интеркалирование Gr/Ni(111). Суть используемого метода формирования монослоя графена состоит в аккумуляции атомов углерода под поверхностью никеля при комнатной температуре и последующей сегрегации углерода на поверхность никеля. На каждом этапе процесса возможен полный контроль реакции синтеза графена путем изменения температуры, времени нагрева и дозы адсорбата (пропилена). В результате удается создавать однодоменный (монокристаллический) монослой графена большой площади (5х5 мм и более), который при последующей интеркаляции золотом демонстрирует идеальную дисперсию в К-точке зоны Бриллюэна (конус Дирака). Возможность создания графена подобным образом позволяет на атомном уровне изучать особенности роста графена, варьировать атомный состав графена (легировать), интеркалировать, локально-модифицировать зондом сканирующего туннельного микроскопа. Основным методом исследования графена в ОТИАМ является сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) в условиях сверхвысокого вакуума совместно с использованием расчетов на основе теории функционала плотности.
Публикации:
S. L. Kovalenko, T. V. Pavlova, B. V. Andryushechkin, G. M. Zhidomirov, K.N. Eltsov, Ni Doped Epitaxial Graphene on Ni(111), Physics of Wave Phenomena, 28(3) (2020) in press, arXiv:2007.07603.
S. L. Kovalenko, T. V. Pavlova, B. V. Andryushechkin, K.N. Eltsov, Temperature-Programmed Growth of Quasi-Free-Standing N-Doped Graphene Single Crystals from Acetonitrile Molecules, Jetp Lett., 111 (2020) 591-597. https://doi.org/10.1134/S0021364020100100
S. L. Kovalenko, B.V. Andryushechkin, K.N. Eltsov, STM study of oxygen intercalation at the graphene/Ni(111) interface, Carbon (2020). DOI: 10.1016/j.carbon.2020.03.054
T.V. Pavlova, S. L. Kovalenko, K.N. Eltsov, Room Temperature Propylene Dehydrogenation and Linear Atomic Chain Formation on Ni(111), Journal of Physical Chemistry C (2020). DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b11942 | arXiv
S. L. Kovalenko, T. V. Pavlova, B. V. Andryushechkin, O. I. Kanishcheva, K. N. Eltsov, Epitaxial growth of a graphene single crystal on the Ni(111) surface, JETP Letters 105 (2017) 185-188.
Адсорбция галогенов на поверхность металлов
В отделе изучается взаимодействие галогенов с поверхностями металлов, основными методами исследования являются сканирующая туннельная микроскопия и расчеты на основе теории функционала плотности. Фундаментальные знания о процессах, происходящих на границе раздела газ - твердое тело имеют огромное прикладное значение в катализе. Знание состава и структуры поверхности катализаторов, активных центров и энергий связи позволяет рассчитать каталитическую активность и охарактеризовать стадии гетерогенной реакции. В ОТИАМ в качестве объекта изучения выбраны реакции галогенирования меди, серебра, золота и никеля т.к. в гетерогенном катализе галоген часто является промоутером реакции, а Cu, Ag, Au и Ni – катализаторами.
Недавние публикации:
Nikita Komarov, Tatiana V. Pavlova, Boris V. Andryushechkin, Iodine Adsorption on Ni(110): 2D Phase Transitions And NiI2 Growth, Journal of Physical Chemistry C, 123 (2019) 27659-27665. DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b08687
B.V. Andryushechkin, T.V. Pavlova, K.N. Eltsov, Adsorption of halogens on metal surfaces, Surface Science Reports 73 (2018) 83-115.
B.V. Andryushechkin, (2016) Halogen Adsorption on Metals, in Surface and Interface Science, Volume 5: Solid-Gas Interfaces I (ed K. Wandelt), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Germany (2016) doi: 10.1002/9783527680573.ch35
N.S. Komarov, T.V.Pavlova, B.V. Andryushechkin, Iodine adsorption on Ni(111): STM and DFT study, Surface Science 651 (2016) 112-119.
V.V. Cherkez, V.V. Zheltov, C. Didiot, B. Kierren, Y. Fagot-Revurat, D. Malterre, B.V. Andryushechkin, G.M. Zhidomirov, K.N. Eltsov, Self-ordered nanoporous lattice formed by chlorine atoms on Au(111), Physical Review B 93 (2016) 045432
T. V. Pavlova, B.V. Andryushechkin, G.M. Zhidomirov, First-Principle Study of Adsorption and Desorption of Chlorine on Cu(111) Surface: Does Chlorine or Copper Chloride Desorb? Journal of Physical Chemistry C (2016) 2829-2836.
Модельные исследования реакции эпоксидирования этилена и стирола на серебряном и медном катализаторах
Целью проекта является установление механизмов взаимодействия этилена и стирола с кислородом на поверхности модельного серебряного катализатора, включая изучение влияния хлора на селективность процесса эпоксидирования этилена. Выяснение механизмов данной реакции на уровне взаимодействия отдельных атомов и молекул, особенно понимание роли хлора как промоутера реакции эпоксидирования этилена на серебряном катализаторе, является исключительно важным для процессов промышленного синтеза этиленоксида. В настоящее время селективность процесса составляет 90%, причем за последние 40 лет эта цифра выросла на 20 % (данные компании Shell (http://www.shell.com). Если рост селективности процесса, полученный за последние десятилетия, был связан с методом проб и ошибок, то дальше так поступать абсолютно нерационально, правильнее разобраться, как все работает, и сделать соответствующие коррекции процессов.
В ОТИАМ последовательно изучается взаимодействие кислорода с разными гранями серебра и меди, далее - коадсорбция хлора и кислорода на данные поверхности металлов, затем - взаимодействие углеводородов с поверхностными структурами из хлора и кислорода на металлах.
Недавние публикации:
B.V. Andryushechkin, V.M. Shevlyuga, T. V. Pavlova, G. M. Zhidomirov, K.N.Eltsov, STM and DFT Study of Chlorine Adsorption on the Ag(111)-p(4x4)-O Surface, Journal of Physical Chemistry C, 122 (2018) 28862-28867.
B.V. Andryushechkin, V.M. Shevlyuga, T. V. Pavlova, G. M. Zhidomirov, K.N.Eltsov, Adsorption of molecular oxygen on the Ag(111) surface: A combined temperature-programmed desorption and scanning tunneling microscopy study, The Journal of Chemical Physics 148 (2018) 244702.
B.V. Andryushechkin, V.M. Shevlyuga, T. V. Pavlova, G. M. Zhidomirov, K.N.Eltsov, Adsorption of O2 on Ag(111): Evidence of Local Oxide Formation, Physical Review Letters 117 (2016) 056101.