Резистивні властивості точкових контактів Янсона в умовах інверсії поляризації
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2021.03.12Ключові слова:
квантовий сенсор, дендритний точковий контакт Янсона, межа інверсії поляризації, резистивні властивості, безщілинна електродна системаАнотація
Чутливим елементом квантового сенсора нового покоління є дендритний точковий контакт Янсона. Аналіти, які знаходяться в просторі, що оточує чутливий елемент, здатні взаємодіяти зі свіжоутвореною поверхнею каналу провідності квантового точкового контакту Янсона, а також з верхівкою дендриту в процесі його росту. Така взаємодія забезпечує вплив досліджуваних речовин на конфігурацію вихідної характеристики сенсора, якою є гістограма провідності системи. Гістограма провідності будується на основі хронорезистограми автоколивального процесу точково-контактної комутації, яка безпосередньо реєструється в умовах автоколивань. У структурі сенсорного елемента дендритний точковий контакт Янсона, занурено в електроліт і в електричному полі формує хронорезистограму, характер якої залежить від складу оточуючого середовища. В роботі розглянуто один з аспектів механізму формування таких хронорезистограм. Проаналізовано особливості функціювання безщілинної електрохімічної системи в процесі автоколивального ефекту точково-контактної комутації. Моделювання чутливого елемента у вигляді безщілинної електродної системи дозволило пояснити механізм і динаміку переходу «точковий контакт Янсона – дендрит та протиелектрод в електроліті». Найважливішим параметром безщілинної електродної системи є координата межі інверсії поляризації. Показано, що уявлення про координату межі інверсії поляризації відіграє принципову роль при моделюванні резистивних властивостей точково-контактної системи та часу її життя. Синтезовані математичні моделі добре описують отримані експериментально залежності опору від часу експозиції наноструктури в електричному полі. Виявилося, що залежність опору контакту від часу експозиції, отримана в припущенні про лінійний розподіл анодної поляризації вздовж головної осі каналу провідності, описується диференціальним рівнянням, в якому швидкість росту опору прямо пропорційна кубу цього опору. Одержані матеріали забезпечують можливість цілеспрямованої оптимізації конструкційних параметрів та експлуатаційних режимів сенсорних пристроїв на основі точкових контактів Янсона для аналізу складних газоподібних та рідких сумішей.
Посилання
Kamarchuk G., Pospelov A., Savytskyi A., Gudimenko V., Vakula V., Herus A., Harbuz D., Kamarchuk L., Pereira M. F. On the Prospect of Application of Point-Contact Sensors to Solving the Global Security Problems: An Analytical Review. In: Pereira M.F., Apostolakis A. (eds) Terahertz (THz), Mid Infrared (MIR) and Near Infrared (NIR) Technologies for Protection of Critical Infrastructures Against Explosives and CBRN. NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics. Springer, Dordrecht, 2021, pp. 203-225, doi:10.3762/bjnano.11.146.
Kamarchuk G. V., Pospelov А. P., Kamarchuk L. V., Savytskyi A. V., Harbuz D. A., Vakula V. L. Point-Contact Sensors as an Innovative Tool in Defense Against Chemical Agents, Environment and Health Risks: A Review. In: Sidorenko A., Hahn H. (eds) Functional Nanostructures and Sensors for CBRN Defence and Environmental Safety and Security. NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. Springer, Dordrecht, 2020, pp. 245-270, doi:10.1007/978-94-024-1909-218.
Kamarchuk G. V., Pospelov A.P., Savytskyi A. V., Herus A. O., Doronin Yu. S., Vakula V. L., Faulques E., Conductance quantization as a new selective sensing mechanism in dendritic point contacts. J. Applied Sciences, 2019, pp. 119-127, doi:10.1364/FIO.2019.JTu3A.55.
Pospelov A. P., Pilipenko A. I., Kamarchuk G.V., Fisun V. V., Yanson I. K., Faulques E., A New Method for Controlling the Quantized Growth of Dendritic Nanoscale Point Contacts via Switchover and Shell Effects. J. Phys. Chem., 2015, no. 119 (1), pp. 632-639, doi: 10.1021/jp506649u.
Zubov M. S., Vagramjan A. T. Issledovanie vlijanija poverhnostno-aktivnyh veshhestv na skorost' rosta monokristalla serebra v processe jelektroliza [Study of the effect of surfactants on the growth rate of a silver single crystal during electrolysis]. Electrochemistry, 1966, no. 12, pp. 1426–1430.
Yasuji Sawada, Dougherty A., Gollub J. P. Dendritic and Fractal Patterns in Electrolytic Metal Deposits. Phys. Rev. Letters, 1986, no. 12, pp. 1260-1263, doi: 10.1103/PhysRevLett.56.1260.
Peppler K, Pölleth M., Meiss S., Rohnke M., Janek J. Electrodeposition of Metals for Micro- and Nanostructuring at Interfaces between Solid, Liquid and Gaseous Conductors: Dendrites, Whiskers and Nanoparticles. Zeitschrift für Physikalische Chemie, 2006, no. 220, pp. 1507-1527, doi: 10.1524/zpch.2006.220.10.1507.
Murashova I. B., Pomosov A. V. Jelektroosazhdenie metallov v vide dendritov [Electrodeposition of metals in the form of dendrites]. Results of Science and Technology. Series: Electrochemistry, Moscow, 1989, 117 p.
Murashova I. B., Burhanova N. G. Raschet strukturnyh izmenenij dendritnogo osadka v processe gal'vanostaticheskogo jelektroliza [Calculation of structural changes in the dendritic deposit during galvanostatic electrolysis]. Electrochemistry, 2001, no.7, pp. 871-877.
Pospelov A. P., Kamarchuk G. V., Savytskyi A. V., Sakhnenko M. D., Ved M. V., Vakula V. L. Macroscopic simulation of atom-sized structures of functional materials: phenomenology of the elongated electrode system. Functional Мaterials, 2017, no. 24, pp. 463-468, doi: 10.15407/fm24.03.463.
Naidyuk Yu. G., Yanson I. K. Point-contact spectroscopy, New York: Springer, 2005, 300 p.
Kulik I. O., Omelyanchuk A. N., Shekhter R. I. Electrical Conductivity of Point Microcontacts and the Spectroscopy of Phonons and Impurities in Normal Metals Sov. J. Low Temp. Phys, 1977, no. 3 (12), pp. 1543-1558, doi: 10.1063/1.5097356.
Kulik I. O., Omel'janchuk A. N., Shehter R. I. Jelektroprovodnost' tochechnyh mikrokontaktov i spektroskopija fononov i primesej v normal'nyh metallah [Electrical conductivity of point microcontacts and spectroscopy of phonons and impurities in normal metals]. Low temperature physics, 1977, Vol. 3, no. 12, pp. 1543-1558.
Damaskin B. B., Petrij O. A., Cirlina G. A. Jelektrohimija [Electrochemistry], Moscow, 2006, 672 p.
Sharvin Ju. V. Ob odnom vozmozhnom metode issledovanija poverhnosti Fermi [One possible method for studying the Fermi surface]. ZhJeTF, 1965, no. 48, pp. 984-985.
Aleksandrov B. N. Ostatochnoe soprotivlenie kak kriterij chistoty metallov [Residual resistance as a criterion for the purity of metals]. V kn.: Fizika kondensirovannogo sostojanija [In the book: Physics of Condensed Matter], Kharkov, 1978, pp. 52-101.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
