Фізичні ефекти в супрамолекулярних клатратних структурах та пристрої наноелектроніки на їх основі

Abstract

Дисертаційна робота присвячена проблематиці створення гетероструктурованих супрамолекулярних клатратів різної ієрархічної архітектури та дослідження їх фізичних властивостей з метою забезпечення високої фото- і магніточутливості за кімнатних температур, скероване на максималізацію їх сенсорних і зарядонакопичувальних можливостей, з’ясування природи зв’язку з їх супрамолекулярною архітектурою, наногеометрією і видом гостьового контенту. Враховуючи динаміку розвитку електромобілебудування й альтернативної енергетики, вражаючі успіхи наноелектроніки та спінтроніки, нагальну потребу підвищення енергопотужнісних характеристик автономних джерел живлення та переходу на квантовий рівень накопичення електричної енергії, що зумовлено зростанням потреб новітніх схемотехнічних рішень, необхідним є створення квантових конденсаторів і нанофотоелектроакумуляторів, високоефективних сенсорів електромагнітного та світлової хвилі полів, нановимірних ліній затримки які можуть бути інкорпоровані в якості функціональних блоків в 3D-наноструктури, що формуються за принципом «знизу – вверх». У роботі обгрунтовано застосування інтеркаляційних технологій як одного із перспективних методів створення наперед заданих складних супрамолекулярних клатрато-кавітандних комплексів. З’ясовано основи механізмів формування інтеркалантних комплексів «господар-гість», та закономірності фізичних процесів у них. Показана можливість модифікації властивостей клатратів при їх формуванні під впливом зовнішніх фізичних полів. Такий технологічний підхід дозволяє значно підсилити сенсорні властивості синтизованих інтеркалатних наноструктур та забезпечити появу таких неординарних ефектів як «spin-battery» ефект, накопичення електричного заряду на міжфазних межах за рахунок участі їх спінів. Показана можливість значного підвищення енергопотужнісних характеристик існуючих автономних джерел енергії використовуючи можливості та інструменти супрамолекулярного дизайну активних матеріалів таких пристроїв. Фундаментальною проблемою, яка вирішується у цій роботі є: побудова наукових засад формування гетерофазних наногібридизованих структур (мультипошарові неорганічно напівпровідникові/супрамолекулярні ансамблі різної ієрархічної архітектури) для створення квантових пристроїв сенсорики та накопичення енергії електромагнітного поля. The Thesis is devoted to problems of heterostructured supramolecular clathrates of various hierarchical architecture formation and investigation of theirs physical properties to provide high photo- and magnetosensitivity at ambient temperature with the purpose to maximize their sensor and charge accumulative parameters, to determine the nature of influence of their supramolecular architecture, nanogeometry and guest component type. Because of dynamics in elctrocar and alternative energy industries development, state of the art success in nanoelectronics and spintronics, the need to increase energy and power parameters of autonomous power sources and transfer to quantum level of electric energy accumulation, caused by widening needs in novel technical solutions, there is the goal of developing quantum capacitors and nanophotoaccumulators, highly efficient sensors of electromagnetic and illumination fields, nanodimentional delay lines, capable to be incorporated into 3D nanostructures formed with bottom-up principle as functional blocks. It was justified /reasoned/ to apply an intercalation technologies as one of the perspective methods for beforehand stated developed supramolecular clathrato-cavitand complexes. The basic mechanisms of intercalated host-guest complexes were determined as well as principles of their physical processes. The possibility of clathrate properties modification during stage of their forming at extrinsic physical fields was shown. Such technological approach lets significantly boost sensor properties of synthesized intercalated nanostructures and provide an observation of as extraordinary phenomena as spin-battery effect and electric charge accumulation at the interface because of their spins participation. The possibility of significant increase in energy and power parameters of modern autonomous power sources using properties and instruments of supramolecular design of active materials in listed devices was demonstrated. The fundamental problem, which is solved in this project, is scientific basis developing for heterophase nanohybridized structure formation (multilayered inorganic semiconductive/supramolecular ensembles of various hierarchical architecture) for quantum devices construction for sensing and electromagnetic energy accumulation. Диссертационная работа посвящена проблематике создания гетероструктурированных супрамолекулярных клатратов различной иерархической архитектуры и исследования их физических свойств с целью обеспечения высокой фото- и магнеточувствительности при комнатных температурах, направленных на максимализацию их сенсорных и зарядонакопительных возможностей, выяснения природы связи с их супрамолекулярной архитектурой, наногеометрией и видом гостевого контента. Учитывая динамику развития электромобилестроения и альтернативной энергетики, впечатляющие успехи наноэлектроники и спинтроники, насущную необходимость повышения энергомощностных характеристик автономных источников питания и перехода на квантовый уровень накопления электрической энергии, что обусловлено ростом потребностей новейших схемотехнических решений, необходимо создание квантовых конденсаторов и нанофотоэлектроакумуляторов, высокоэффективных сенсоров электромагнитного и световой волны полей, наноизмеримых линий задержки, которые могут быть инкорпорированы в качестве функциональных блоков в 3D-наноструктуры, формирующихся по принципу «снизу - вверх». В работе обосновано применение интеркаляционных технологий как одного из перспективных методов создания заранее заданных сложных супрамолекулярных клатрато-кавитандных комплексов. Выяснено основы механизмов формирования интеркалантных комплексов «хозяин-гость» и закономерности физических процессов в них. Показана возможность модификации свойств клатратов при их формировании под влиянием внешних физических полей. Такой технологический подход позволяет значительно усилить сенсорные свойства синтезированных интеркалатных наноструктур и обеспечить появление таких неординарных эффектов как «spin-battery» эффект - накопления электрического заряда на межфазных границах за счет участия их спинов. Показана возможность повышения энергомощностных характеристик существующих автономных источников энергии, используя возможности и инструменты супрамолекулярного дизайна активных материалов таких устройств. Фундаментальной проблемой, которая решается в этой работе, является построение научных основ формирования гетерофазных наногибридизированных структур (мультислоистые неорганически полупроводниковые / супрамолекулярные ансамбли различной иерархической архитектуры) для создания квантовых устройств сенсорики и накопления энергии электромагнитного поля.