Аннотация. В настоящем исследовании проводиться анализ современных достижений науки и техники на пути исследования самого большого и массивного объекта в Солнечной системы, кроме её звезды — планеты Юпитер. Большое внимание уделяется анализу его внутренней структуры и царящей там среды, наряду с параллельным анализом возможностей технологий для исследования планеты при обозначенных физических условиях.

Ключевые слова: планета Юпитер, газовый гигант, среда, физико-математическое моделирование, исследование, анализ.

Annotation. This study analyzes modern achievements of science and technology on the way to explore the largest and most massive object in the Solar System, except for its star, the planet Jupiter. Much attention is paid to the analysis of its internal structure and the environment prevailing there, along with a parallel analysis of the possibilities of technologies for exploring the planet under specified physical conditions.

Keywords: Jupiter planet, gas giant, environment, physical and mathematical modeling, research, analysis.

Планета Юпитер, являющаяся вторым самым большим, после Солнца по величине и объёму объектов в Солнечной системе, представляется в виде довольно интересного объекта для изучения, наряду с самыми различными космическими объектами. Так, именно эта планета, открытая ещё гениальным учёным Галилео Галилеем, стала одной из ключевых причин крушения геоцентрической теории, а также нагляднейшим доказательством того, что не все объекты в системе вращаются вокруг Земли или Солнца, что в свою очередь нанесло удар и в сторону гелиоцентрической системы. Юпитер обладает огромным количество самых различных спутников и сегодня известно более 80 спутников, однако первыми из них были открыты именно, так называемые спутники Галилея, названные его немецким коллегой — Ганимед, Европа, Ио и Калисто.

Юпитер — это газовый гигант, не похожий на иные планеты с твёрдой поверхностью, объятый большой толстой атмосферой. Это стало также причиной того, что именно на этой планете находиться самый большой ураган во всей Солнечной системе, размером с планету Земля, именуемый «Большим красным пятном» и который продолжается на протяжении сотни лет и к тому же, скорость ветра в нём достигает 650 км/ч или 350 узлов. Стоит также отметить, что лишь по своему малому диаметру, ибо он обладает формой эллипсоида, он примерно равняется Земле, а его больший диаметр сравнительно больше диаметра Земли.

Интересным является непосредственное установление первоначальной связи с планетой, а именно процесс перевода с оптической части спектра на радиоволновое, можно увидеть излучения магнитного поля планеты, образуемые в мощной магнитосфере. Так, первая информация об этом излучении была получена со стороны «Пионера-10» 12 марта 1973 года, после коего все модели были оснащены мощной системой безопасности против сильного электромагнитного излучения, но следующая преграда — мощная атмосфера, ещё более весомая по своей опасности, нежели опасность электромагнитного фона.

Впервые подвиг проникновения через атмосферу планеты удаётся аппарату «Галилео» 8 декабря 1995 года, когда его экспедиция была начала и на протяжении 8 лет это устройство передаёт информацию об анализе как самой планеты, так и спутников. Так, первый его спутник Ио — очень тектонический космический объект с большим количеством вулканом и немного превосходящий по размерам Луну, в отличие от спокойной и снежной Европой, под которой, как предполагается имеется огромный океан. Имеют место предположения, что в этой жидкой ледяной воде может обитать самая настоящая жизнь.

Но ни Ио, ни Европа не имеют магнитное поле, как Ганимед — самый большой спутник не только среди спутников Юпитера, но и среди всех спутников в Солнечной системе. Возвращаясь к самой атмосфере Юпитера, стоит полагать, что и его исследования были осуществлены со стороны Галилео, а точнее со стороны его атмосферного зонда, который включился на высоте 350 000 километров над облаками Юпитера и спустя 6 часов со скоростью 48 км/с он коснулся атмосферы планеты и 57 секунд затратил только на процесс торможения.

Его датчики улавливают резко растущее значение температуры, которое достигает значений 16 000 градусов Цельсия. Помогает вытяжной парашют, уменьшая скорость до 120 м/с и это происходит лишь в верхних слоях атмосферы, которая по своей величине лишь в начале была выше, а в небольших последующих слоях равняется земной атмосфере. Открывается также второй основной парашют, уменьшая скорость до 27 м/с, что уменьшает также и температуру, после чего в течении часа передаётся важнейшая информация о структуре атмосферы Юпитера, также измеряется общая температура, фиксируется огромное количество молний, которые в столь плотных облаках планеты — очень частое явление. Кроме того, фиксируются данные о получаемой энергии из Солнца, со сравнением энергии, излучателем коего является ядро планеты.

На глубине в 180 км, при температуре в 150 градусов Цельсия и давлении 2 300 000 Гпа, что сравнимо с атмосферным давлением в 101 325 Па в 22,7 атмосферам радиопередатчик перегревается и устройство перестаёт передавать информацию. Однако, он продолжает свой полёт на протяжении нескольких часов, температура и давление начинает расти, приводя к тому, что в конце концов плавиться и испаряется в обширной атмосфере планеты, превращаясь в её часть.

«Галилео» закончил своё существование, получив эту же участь спустя 8 лет беспрестанной службы. Но стоит сказать, что это лишь начало путешествия и наступит время, когда уже можно будет говорить о создании более мощных устройствах, оснащённые новыми ядерными двигателями, использующие термоядерные или резонансные ядерные реакции. Энергии, получаемой из таких источников энергии будет достаточно для того, чтобы проникать на большую глубину, поддерживая более толстую конструкцию оболочки, способная выдерживать более большие атмосферные давления, продолжая проникновение в глубокие слои атмосферы. Кроме того, обращая внимание на химический состав Юпитера, в составе коего преобладает водород, азот и некоторые другие газообразные соединения, отмечается наличие огромного океана жидкого водорода, который в последующим превращается в твёрдое ядро.

Имеет место также дальнейший анализ планеты, наряду с рассмотрением возможности участия на роли пассажира космического корабля такого типа — человека. Могли бы быть разработаны полноценные установки, способные получать даже при необходимости энергию из молний, количество коих просто огромно, не говоря о сверхбыстрых ветрах, которые уже можно применять не для ветровых генераторов, а для полноценных ионных двигателей или точнее ионных генераторах. Среди всего перечисляемого настоящим вызовом для человеческой цивилизации, как и покорение Эвереста, остаётся покорение «Большого красного пятна», пока оно не превратило своё существование, ибо если сравниваться даже данные, полученные в начале прошлого столетия, мощности и размеры самого большого урагана в системе уменьшаются с каждым разом. Из вышеописанного видно, что достижение поставленных результатов вполне реально и возможно, что в свою очередь выведет человеческую цивилизацию и её возможности на новый уровень.

Использованная литература

1. Dr. David R. Williams. Jupiter Fact Sheet. NASA. 2007.

2. P. Kenneth Seidelmann et al. Report of the IAU/IAG Working Group on cartographic coordinates and rotational elements. 2006 // Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy: journal — Springer Nature, 2007. — Vol. 98, No. 3. — P. 155—180.

3. National Aeronautics and Space Administration. Probe Nephelometer. // характеристики космического аппарата. — NASA/JPL. 1983. — Iss. 6.

4. Анна Сдобина. Ты не пройдёшь! Кто ловит космических странников на пути к Земле // Наука и жизнь, 2022,;4. — С. 10—16.

5. Tristan Guillot, Daniel Gautier. Giant Planets. — 2009-12-10.

6. Elkins-Tanton, Linda T. Jupiter and Saturn. — New York: Chelsea House, 2006. — ISNB 0-8160-5196-8.

7. Guillot, T.; Stevenson, D. J.; Hubbard, W. B.; Saumon, D. Chapter 3: The Interior of Jupiter // Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere (англ.) / Bagenal, F.; Dowling, T. E.; McKinnon, W. B. — Кембриджский университет Press, 2004. — ISBN 0521818087.

8. Bodenheimer, P. Calculations of the early evolution of Jupiter (англ.) // Icarus. — Elsevier, 1974. — Vol. 23. — P. 319. — doi:10.1016/0019—1035 (74) 90050—5

9. Hubbard, W. B.; Burrows, A.; Lunine, J. I. Theory of Giant Planets. — С. 112—115.

10. Георгий Бурба «Оазисы экзопланет». // Журнал «Вокруг света» №9 (2792), Сентябрь 2006

11. Guillot, Tristan. Interiors of Giant Planets Inside and Outside the Solar System (англ.) // Science: journal. — 1999. — Vol. 286, no. 5437. — P. 72—77. — doi:10.1126/science.286.5437.72. — PMID 10506563.

12. Burrows, A.; Hubbard, W. B.; Saumon, D.; Lunine, J. I. An expanded set of brown dwarf and very low mass star models (англ.) // The Astrophysical Journal: journal. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 406, no. 1. — P. 158—171. — doi:10.1086/172427.

13. Rory Barnes & Thomas Quinn. THE (IN) STABILITY OF PLANETARY SYSTEMS (англ.). — Seattle, WA: Dept. of Astronomy, University of Washington, JANUARY 12, 2004. — P. 30. — doi:10.1086/421321. — arXiv: astro-ph/0401171.

14. Roy, A. E. & Ovenden, M. W. On the occurrence of commensurable mean motions in the solar system (англ.). — Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 232 p. — (SAO/NASA Astrophysics Data System (ADS)).

15. Мюррей К., Дермотт С. Динамика Солнечной системы. — Физматлит, 2010. — 588 с. — 500 экз. — ISBN 987-5-9221-1121-8.

16. Карл Саган «Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации», — СПб: Амфора, 2008, С. 58—61. ISBN 978-5-367-00829-6

17. Atreya, S. K.; Mahaffy, P. R.; Niemann, H. B. et al. Composition and origin of the atmosphere of Jupiter — an update, and implications for the extrasolar giant planets (англ.) // Planetary and Space Sciences: journal. — 2003. — Vol. 51. — P. 105—112. — doi:10.1016/S0032—0633 (02) 00144—7.

18. Sagan, C. et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons in the atmospheres of Titan and Jupiter (англ.) // The Astrophysical Journal: рец. науч. журнал. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 414, no. 1. — P. 399—405. — ISSN 0004—637X. — doi:10.1086/173086. — Bibcode: 1993ApJ…414..399S.

19. Ingersoll, A.P.; Dowling, T.E.; Gierasch, P.J.; et al. (2004). «Dynamics of Jupiter’s Atmosphere» (PDF). In Bagenal, F.; Dowling, T.E.; McKinnon, W.B. (ed.). Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-81808-7..

20. Miller, Steve; Aylword, Alan; and Milliword, George. Giant Planet Ionospheres and Thermospheres: the Importance of Ion-Neutral Coupling (англ.) // Space Sci.Rev.: journal. — 2005. — Vol. 116. — P. 319—343. — doi:10.1007/s11214-005-1960-4..

21. Е. П. Левитан. Астрономия: Учебник для 11 кл. общеобразовательных учреждений. — 9-е изд. — М.: Просвещение, 2004. — ISBN 5-09-013370-0..

ИЗУЧЕНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ СВОЙСТВ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ

УДК 544.22

Отажонов Салим Мадрахимович

Доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Профессионального образования» физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета
Алимов Нодир Эсоналиевич
Доктор философии по физико-математическим наукам, преподаватель кафедры «Физики» физико-технического факультета Ферганский Государственный Университет
Ботиров Кодир Абдуллаевич
Преподаватель кафедры «Профессионального образования» физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета

Ферганский Государственный Университет, Фергана, Узбекистан

Аннотация. В данной работе исследованы фотоэлектрические свойства гетероструктур на основе CdTe — SiO2 — Si. Впервые продемонстрирована возможность управления спектра тока короткого замыкания и фото — ЭДС при помощи встроенного заряда в диэлектрике (SiO2). Установлено, что с увеличением потенциала коронного разряда спектры смешается в коротковолновые области спектра от 0,93 до 1,5 эВ, при этом существенно изменяется энергии активации глубокого уровня 0,73 эВ и это изменение возникает за счёт эффекта Пула — Френкеля. Найдено, напряжённость электрического поля в окрестности дефекта ε = 105 В/см.

Ключевые слова: фотопроводимость, фото-ЭДС, спектральное распределение фоточувствительности, ток короткого замыкания, асимметрия барьеров, поверхностная фото-ЭДС, глубокие уровни, примесная фотопроводимость, коронный разряд.

Annotation. In this paper, the photoelectric properties of CdTe — SiO2 — Si heterostructures are investigated. For the first time, the possibility of controlling the spectrum of short — circuit current and photo-EMF using an integrated charge in a dielectric (SiO2) has been demonstrated. It was found that with an increase in the corona discharge potential, the spectra will mix into the short — wavelength regions of the spectrum from 0.93 to 1.5 eV, while the activation energy of the deep level of 0.73 eV changes significantly and this change occurs due to the Poole-Frenkel effect. It is found that the electric field strength in the vicinity of the defect is ε = 105 V/cm.

Keywords: photoconductivity, PHOTOEMF, spectral distribution of photosensitivity, short-circuit current, asymmetry of barriers, surface photo-EMF, deep levels, impurity photoconductivity, corona discharge.

Введение

Развитие микро — нано электроники, новые технологические возможности изготовления сложных полупроводниковых структур стимулируют дальнейшее изучение новых оптических и фотоэлектрических явлений в активных пленочных элементах.

В настоящее время окиси и нитриды полупроводника и полупроводниковых пленок, выращенные на их поверхности, широко используются при изготовлении многоканальных фотоэлектрических преобразователей и других активных элементов схем микроэлектроники, и в частности, оптоэлектроники. В этом случае можно получить качественные и диэлектрические слои полупроводников с глубокими уровнями. При этом проще и дешевле применять не эпитаксиальные, а поликристаллические пленки, напылённые на аморфные подложки.

Полупроводниковые плёнки CdTe являются важным материалом для создания фотоприёмных устройств на основе гетероструктур, работающих в ближнем (до 3 мкм) и дальнем (8 — 14 мкм) ИК диапазоне. Интерес представляет получения гетероструктур на основе фоточувствительных слоев с разным типом проводимости. Перспективным является материал p-типа, легированный серебром и медью, которые дают акцепторный уровень в запрещённой зоне с большим временем жизни не основных носителей зарядах [1—14].

Цель работы заключается в исследовании новых фотоэлектрических свойств активных тонких плёнок CdTe и гетероструктур в системе с SiO2-Si в условиях специфических внешних воздействий.

Результаты экспериментальных исследований фотоэлектрических свойств текстуры из напылённых слоёв CdTe — SiO2 — Si и т. д. позволяют разработать новые приборы на основе поликристаллических пленок с управляемыми свойствами.

Ниже исследуем фоточувствительность стуктуры CdTe — SiO2 — Si, которую можно использовать, например, в качестве металл — нитрид кремния окисел — полупроводник (МНОП) — транзистора с поляризующимися диэлектриком [1,2], допускающего электрическую перезапись информации.

Экспериментальные результаты

Получены поликристаллические (размеры зерен составляет 0,05—0,1 мкм) плёнки CdTe на поверхность SiO2 — Si. CdTe и примеси Ag и Cu испарялись в вакууме 10—5 мм. рт. ст. из отдельных испарителей на прогретую окисленную поверхность Si. Взаимное расположение слоев структуры CdTe — SiO2 — Si и омических контактов к ним схематически показано на рис.1. В такой структуре фоточувствительность управляется под действием внешних воздействий, таких как электрическое поле или коронный разряд, которые меняют встроенного поля в диэлектрике. В этом случае имеем «обратный» полевой транзистор типа CdTe — SiO2 — Si, когда управляющий заряд находится под слоем полупроводника, а его поверхность остается открытой.

Рис.1 Взаимное расположение слоев структуры CdTe — SiO2 — Si. 1,2 — контакты; 3 — выбрирующие контакты.

В настоящее время электризация с помощью коронного разряда является основным способом очувствления фотополупроводниковых слоев в промышленной электрографии [3].

Для коронной электризации исследованных структур использована экспериментальная установка, блок схема которой представлена в работе [4]. Электризация происходит за счёт осаждения на поверхности слоя положительных или отрицательных ионов в коронном разряде. Коронный разряд возникает, если между металлизированной поверхности слоя Al и электродом напряжение превышает 6 кВ, когда встраиваемое в структуру поле доходило до 100 В. Заряженные таким образом структуре CdTe — SiO2 — Si изучались спектры тока короткого замыкания в зависимости от величины внешнего коронного разряда и показало, что в статическом режиме наблюдается смещение спектров в коротко волновую область (рис.2). Оказалось, что в такой структуре фоточувствительность слоя можно управлять под действием внешнего потенциала коронного разряда (по методу «эффекта поля»), которые как выясняется ниже, индуцируют встроенные электрические заряды в диэлектрике.

На рис.2. представлены спектральные зависимости тока короткого замыкания (Iкз) слоя CdTe для различных значений напряженности коронного разряда, которые осуществлялось контактом (2) и электрическим зондовым контактом (3) к поверхности полупроводника CdTe. Видно, что в отсутствии внешних воздействий в спектрах Iкз (ν) наблюдается инверсия знака Iкз в окрестности значения энергии кванта света, равным hν=1,21эВ (кривая 1) включение поверхностного потенциала коронной разрядки между слоем CdTe и кремнием приводит к существенному изменению спектральной чувствительностью тока короткого замыкания (Iкз). При изменении поверхностного потенциала в пределах его значения от 0 до 100 В положения инверсии знака тока короткого замыкания смешается в коротковолновую область спектра. При этом максимум фоточувствительности Iкз смешается в коротковолновую область спектра в пределах от 0,93 эВ до 1,5 эВ. Положение значения максимума Iкз возрастает более чем в 1000 раз при 70 ангстемах (кривая 3).

Рис.2. Спектральные зависимости Iкз для структуры CdTe-SiO2-Si от величины потенциала коронного разряда: jкр =0 В (кривая 1), 40 В (2),70 В (3). На вставке показаны спектры фоточувствительности примесной области поглощения света в логарифмическом масштабе.

Обсуждение результатов

Для качественного описания физической природы явления переноса, протекающего в структуре CdTe — SiO2 — Si (полупроводник — окись — полупроводник, т. е. ПОП), когда ей приложено напряжение, рассмотрим модель, в которой стационарный ток представляет собой из потока электронов, туннелирующих из зоны проводимости полупроводника в глубокий уровень, находящийся в окисле (и в том числе в ловушку на границе раздела). Поскольку толщина окисла кремния в рассматриваемой нами структуре 0,4 мкм, то, по нашим оценкам, первый вклад в общий поток незначителен (мене 25%).

Туннельное просачивание носителей тока из пленки CdTe в глубокие уровни окисла кремния приводит к изменению заполнения поверхностного состояния. Последнее, в зависимости от величины встроенного заряда, видоизменяет потенциального рельефа структуры. Так, что скорость фотогенерации будет зависеть от величины встроенного заряда, т.е. от величины потенциала коронного разряда в структуре. Это означает, что величина фото-ЭДС будет определяться степенью асимметрии потенциального рельефа.

Для качественного описания физической природы кинетического явления в структуре полупроводник CdTe — окись полупроводник SiO2 — полупроводник Si можно рассмотреть модель, основанная на теории МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) — транзистора. В этом случае имеем в виду, что в толстом (0,4 мкм) окисном слое основным механизмом протекания тока определяется моделью Фаулера — Нордгейма [5] и соответствующий ток обозначим как

где i — плотность тока эмиссии, E — напряжённость электрического поля, φ -работа выхода, функции а и b зависят от геометрии и работы выхода, например, степенью асимметрии, высотой, шириной потенциального барьера. Поток носителя тока должен возникать: а) за счет увеличивающей (из-за эффекта Пула — Френкеля) с ростом величины потенциала коронного разряда термоэлектронной эмиссией через потенциальный барьер (jFN) электронов, б) за счет автоэлектронной эмиссии захваченных в окисле полупроводника носителей тока в зону проводимости CdTe (jFN). Поскольку вклады в общий ток от вышеперечисленных токов различны по величине, то границе раздела нарушается непрерывность тока. Таким образом, появляющиеся при этом избыточные (неравновесные) носители тока приводят к накоплению заряда на границе раздела. Это приводит к перераспределению внутреннего электрического поля, что существенно при образовании рельефа потенциального барьера.

При включении поверхностного потенциала коронной разрядки на границе плёнок CdTe и слоя диэлектрика происходит туннелирование носителей заряда (электронов и дырок) из полупроводникового слоя в глубокие уровни диэлектрика. Носители заряда в плёнке и на границе раздела в зависимости от величины встроенного заряда изменяют потенциальный рельеф, поэтому при фотовозбуждении этого слоя, они будут генерироваться под влиянием встроенного заряда, меняет распределение генерированных на поверхности носителей тока таким образом, что втягивает их в область, которая доступна только слабо поглощаемому электромагнитному излучению. Поэтому фото ЭДС возникает и при длинноволновом возбуждении. Асимметрия барьеров такова, что слабо поглощаемое излучение генерирует фото ЭДС обратного знака по сравнению с сильно поглощаемым излучением. Тогда под влиянием объёмного заряда инверсия знака фото ЭДС смешается коротковолновую область, а фоточувствительность увеличивается в исследуемой нами области спектра электромагнитного излучения.

Следует отметить, что при коронном разряде существенно изменяется энергии активации глубокого уровня (0,7 эВ) в зависимости от потенциала коронного разряда (см. на вставке рис.2). Это изменение связано с влиянием энергии оптической ионизации глубокого уровня, находящегося в области объёмного заряда у слоя SiO2 (на это указывает экспериментальные результаты). Если считаем, что это изменение возникает за счёт эффекта Пула — Френкеля [5], то смешение (delta-E) уровня можно оценить по формуле

где, — диэлектрическая проницаемость CdTe, — заряд электрона. Тогда по нашим оценкам напряжённость электрического поля в окрестности дефекта 105 В/с, что вполне достоверно.

Ситуация, возникающая в плёнке CdTe под действием встроенного поля, соответствует модели, разработанной для поликремниевого полевого транзистора [6]. Рассматриваемая в данной работе модель аналогична модели [6], если идентифицировать с управляющем электродом полевого транзистора. Поэтому проведённые численные расчёты распределения потенциала в поликристаллическом полупроводнике вполне применимы для встроенного заряда плёнки CdTe. Из результатов расчёта воздействие внешнего поля на поликристаллическую структуру следует, что слабое поле только деформирует распределение носителей, а сильное — приводит к уменьшению величины межкристаллических барьеров, за счёт объединения объёма кристаллита. Эти результаты показывают, что встроенное поле может привести к уменьшению высоты барьера в плёнке (при U <10 В), и даже к исчезновению его (при U> 60 В) (на одной её поверхности), и тогда становится преобладающим оставшийся потенциальный барьер, в другой — противоположной её приповерхностной области.

Заключение

Подводя итоги анализа результатов, что спектральной фоточувствительности слоя CdTe по току короткого замыкания и фото ЭДС можно управлять индуцированным встроенным электрическим зарядом диэлектрика, создаваемым внешним потенциалом коронного разряда в гетероструктуре CdTe (пленка) — SiO2 (диэлектрик) — Si (полупроводник).

Это открывает новые возможности создания полупроводниковых приборов, чувствительным к электромагнитному излучению, применяемым в оптоэлектронике как фоточувствительный прибор со спектральной характеристикой в широком диапазоне чувствительности. Этот эффект также связан с принципиально новыми возможностями полупроводниковых приборов с изменяемой спектральной характеристикой и согласования его с излучателем, что актуально для роботов (зрительный орган робота, где нужно цветовое зрение), для устройств и систем записи информации.

Литература

1. Маслов В. В. МНОП матрица для постоянных запоминающих устройств с электрической перезаписью. Электронная техника сер.3.-1974.№21501 с.

2. Гиновер А. С., Ржанов А. В. Запоминающие устройства на основе МНОП структур. Микроэлектроника -1973. Т.2. №5.-379с.

3. Иванов Р. Н. Репрография. Методы и средства копирования и размножения документов. — М.: Сов. Радио. 1977. — 384 с.

4. Гайдялис В. И., Маркевич Н. Н., Монтримас Э. А. Физические процессы в электрофотографических слоях ZnO. Вильнюс. 1968. — 367 с.

5. Юодвиршис А., Микалкявичюс М., Вянгрис С., Основы физики полупроводников. Вильнюс. Мокслас, 1985. — 352 с.

6. Guerrieri R., Giampolini P., Gnidi A., IEEE Tranacactions on Electron Devieces. 1986.,V. ED -33. №-8., P.1201—1206.

7. Вайткус, Ю. Ю. Влияние избытка теллура и свинца на деформационные характеристики поликристаллических пленок PbTe. Ю. Ю. Вайткус, С. М. Отажонов, М. М. Халилов, Н. Юнусов. Scientific Bulletin. Physical and Mathematical Research Vol. 3 Iss. 1. June 2021. Андижон. Узбекистан.

8. Отажонов, С. М. Влияние деформации на миграцию дефектов в фоточувствительных тонких пленках CdTe: Ag и PbTe. / С. М. Отажонов, К. А. Ботиров, М. М. Халилов. // ISSN 2308—4804. Science and world. — 2021. — №6 (94).

9. Akhmedov, T. Effective dielectric permeability and electrical conductivity of polycrystalline PbTe films with disturbed stoichiometry. T Akhmedov, S M Otazhonov, M M Khalilov, N Yunusov, U Mamadzhanov, N M Zhuraev. Journal of Physics: Conference Series. 2131 (2021) 052008. doi:10.1088/1742—6596/2131/5/052008

10.Akhmedov, T. Optical properties of polycrystalline films of lead telluride with distributed stichiometry. T Akhmedov, S M Otajonov, Ya Usmonov, M M Khalilov, N Yunusov and A K Amonov. Journal of Physics: Conference Series. 1889 (2021) 022052. doi:10.1088/1742—6596/1889/2/022052

11. Dashevsky, Z. Thermoelectric efficiency in graded indium-doped PbTe crystals / Z. Dashevsky, S. Shuzterman, M.P. Dariel, I. Drabkin // Journal of Applied Physics. — 2002. — V. 92, №3. — Р. 1425—1430.

12. Dzundza, B. Transport and thermoelectric performance of n-type PbTe films. B. Dzundza, L. Nykyruy, T. Parashchuk, E. Ivakin, Y. Yavorsky, L. Chernyak, Z. Dashevsky. Physica B Condensed Matter April 2020. DOI:10.1016/j.physb.2020.412178

13. Otajonov, S.M. Effect of internal stress on the deformation characteristics of polycrystalline PbTe films with an excess of tellurium and lead. Otajonov S.M., Akhmedov T., Usmonov Ya., Botirov K.A., Khalilov M.M., Yunusov N. ISSN 2308—4804. Science and world. 2021. №3 (91). Volgograd, 2021.

14. Otazhonov, S.M. Effect of group VII elements on strain sensitivity of polycrystalline films PbTe, PbS Otazhonov S.M., Rakhmonulov M.Kh., Khalilov M.M., Botirov K.A., Yunusov N. European Science Review Scientific journal №1–2 2021 (January — February), doi.org/10.29013/ESR-21-1.2-35-38.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЯВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЙ КАРТИНЫ В ОПЫТЕ ЮНГА ДЛЯ ТЕОРИИ КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА

УДК 577.332

Алиев Ибратжон Хатамович

Студент 3 курса факультета математики-информатики Ферганского Государственного Университета

Ферганский Государственный Университет, Фергана, Узбекистан

Аннотация. Теория корпускулярно-волнового дуализма сегодня является общеизвестной, наряду с многими другими теориями, направленные на объяснение различных типов явлений. Однако, стоит отметить, что до последнего времени ставилось под вопрос метод объяснения в более наглядной форме явлений корпускулярно-волнового дуализма, появившаяся из эксперимента Юнга. На представление этой модели и направлено настоящее исследование.

Ключевые слова: корпускулярно-волновой дуализм, волна, частица-корпускула, волновая функция, вероятностное распределение, потенциальная яма, эксперимент с двумя щелями.

Annotation. The theory of wave-particle dualism is well-known today, along with many other theories aimed at explaining various types of phenomena. However, it is worth noting that until recently, the method of explaining the phenomena of wave-particle dualism in a more visual form, which appeared from Jung’s experiment, was questioned. The present study is aimed at presenting this model.

Keywords: particle-wave dualism, wave, particle-corpuscle, wave function, probability distribution, potential well, two-slit experiment.

Широко известным является так называемый эксперимент с двумя щелями, в коем направлялся поток частиц-корпускул, как изначально предполагалось в сторону пластины с двумя тонкими щелями, а сзади него располагался экран. Логичным было, что после направления потока частиц, изначально фотонов от когерентного лазерного излучения, нужно было наблюдать на экране две полосы, но вместо этого на экране наблюдалась так называемая интерференционная картина. Она состояла из большого количества полос с различным размером и яркостью, при это максимум определялся именно в середине.

Такая картина могла получиться только, если бы частица вела себя как волна, тогда она могла бы сложиться сама с собой и в моменты противоположных пиков погасить друг друга, образуя тёмные участки и в обратные положительные моменты наоборот — усиливая друг друга, создавая вышеописанные полосы.

Однако, корпускулярные свойства частиц также выделяются, к примеру в экспериментах с фотоэффектом, действует именно корпускулярная природа частиц. Исходя из вышеописанного, приходилось делать вывод, что частицы являются одновременно и волнами, и корпускулами, но как это могло происходить, когда противоречило само себе? В квантовом мире это было действительностью, но для макромира это всё ещё оставалось загадкой, пока в качестве объяснения не были использованы так называемые плотные «шагающие капли».

Этот эффект образуется, когда жидкость со средней плотностью, к примеру масло, начинает вибрировать и во время взаимодействия поверхности жидкости с заострённым объектом он начинает делиться на капли, которые тут же должны соединиться с жидкостью, но из-за колебаний этого не происходит и они буквально прыгают на поверхности. Каждая из таких капель удерживается под действием колебания, но более того, такие капли имеют свойство двигаться, ибо под действием колебаний они создают стоячие волны, которые распространяются по поверхности, однако во время взаимодействия капли с ней она начинает изменять своё направление, из-за чего образуется эффект движения капли.

Настоящее объяснение можно применить к эксперименту Юнга, направив капли в сторону двух щелей. Стоит перед этим уточнить, что сама капля выражает в данном случае корпускулу-частицу, когда же колебания — вероятностный характер существования квантовых объектов — исследуемых частиц в лице фотонов, электронов, ионов и прочих. Когда частица начинает направляться в сторону щели, её волна, которая начинает колебаться на уровне пространства времени, из-за колебательной природы частицы — переменной вероятности её нахождения в конкретной точке, поскольку её движение является дискретным, согласно эффекту туннелирования, начинает взаимодействовать с самой частицей.

Так, когда она приближается к щели, то проходит через одну из щелей, когда же её волна — через обе, в результате чего, после прохождения через барьер, частица начинает взаимодействовать с образованной волной, изменяя свою траекторию. Таким образом, можно наглядно увидеть, как образуется интерференционная картина на примере объяснения эксперимента Юнга с двумя щелями посредством прыгающих капель.

Кроме того, в ходе объяснения эксперимента, демонстрировалось понятие туннелирования, которое также можно представить посредством прыгающих капель. Дело в том, что любое пространство, согласно квантовой модели вакуума, имеет бесконечное количество частиц, которые тут же рождаются, аннигилируют друг с другом, исчезают и т.д., то есть согласно квантовой модели вакуума — практически нет свободного от частиц пространства, откуда и можно сделать вывод, что для того, чтобы частица смогла преодолеть какое бы то ни было малое расстояние, ей нужна энергия, посредством которой она могла бы это расстояние преодолеть, но случается и так, что частица преодолевает это же расстояние, практически не теряя энергию, что и называется туннелированием.

В данном случае, перед частицей, которая движется, имеется барьер, который она должна преодолеть, совершив определённый скачок через него, но не затратив энергию для его преодоления. Этот эффект на удивление тоже можно представить в виде капельной модели, согласно которой, если перед каплей расположить определённую стенку, то каждый раз она будет стараться её перепрыгнуть, но у неё не будет получаться, однако, в определённый момент взаимодействие с её же стоячей волной может быть достаточным для того, чтобы получить дополнительную энергию и преодолеть барьер. В таком явлении вероятность на удивление в макромире определяется точно также, как определяется в квантовом измерении и описании явления квантового туннелирования частиц.

Более того, немаловажным является общность описываемых явлений для самого различного рода частиц, от элементарных частиц до ионов, что в некотором смысле делает капельную модель демонстрации почти универсальной. Однако, большое количество явлений ещё остаётся не объяснёнными, откуда следует, что не мало работ следует произвести на основе имеющихся данных и капельная модель, в качестве роли одной из самых прогрессивных аналогий, должна будет преодолеть не мало испытаний на пути достижения поставленных целей.

Использованная литература

1. Бояркин, О. М. Физика частиц — 2013: Квантовая электродинамика и Стандартная модель / О. М. Бояркин, Г. Г. Бояркина. — М.: КД Либроком, 2015. — 440 c.

2. Бояркин, О. М. Физика частиц — 2013: от электрона до бозона Хиггса. Квантовая теория свободных полей / О. М. Бояркин, Г. Г. Бояркина. — М.: Ленанд, 2018. — 296 c.

3. Бояркин, О. М. Физика частиц — 2013: Квантовая электродинамика и Стандартная модель / О. М. Бояркин, Г. Г. Бояркина. — М.: КД Либроком, 2016. — 440 c.

4. Воронов, В. К. Физика на переломе тысячелетий: Физика самоорганизующихся и упорядоченных систем. Новые объекты атомной и ядерной физики. Квантовая информация / В. К. Воронов, А. В. Подоплелов. — М.: КомКнига, 2014. — 512 c.

5. Гриббин, Дж. В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность / Дж. Гриббин. — М.: Рипол-классик, 2019. — 352 c.

6. Журавлев, А. И. Квантовая биофизика животных и человека: Учебное пособие / А. И. Журавлев. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. — 398 c.

7. Иродов, И. Е. Квантовая физика. Основные законы: Учебное пособие / И. Е. Иродов. — М.: Бином, 2014. — 256 c.

8. Иродов, И. Е. Квантовая физика. Основные законы: Учебное пособие / И. Е. Иродов. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — 256 c.

9. Иродов, И. Е. Квантовая физика. Основные законы: Учебное пособие / И. Е. Иродов. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2004. — 272 c.

10. Иродов, И. Е. Квантовая физика. Основные законы / И. Е. Иродов. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2010. — 256 c.

Бесплатный фрагмент закончился.

Купите книгу, чтобы продолжить чтение.