1. Исследована структура поверхности монокристалла висмута, полученной при электроискровой резке и последующей механической и химической обработке.
Получены топографии характерных участков, проанализированы особенности профилей рельефа по глубине, измерена шероховатость. По результатам исследований сделан вывод о целесообразности детального изучения поверхностной морфологии в процессе технологической обработки кристаллов.
2. Установлено, что скалывание монокристалла висмута при комнатной температуре ведет к высокой дефектности поверхности, связанной с пластической деформацией, приводящей к двойникованию. При этом высоты ступеней между террасами составляет от 15 до 70 нм, ширина террас меняется от 13 до 1300 нм Снижение температуры скалывания до температуры кипения жидкого азота позволяет получить менее дефектный скол, на поверхности которого количество террас значительно сокращается, а ширина их соответственно увеличивается до 800 нм — 2.5 мкм. В тоже время высота ступеней между террасами существенно уменьшается до 1.5 — 15 нм.
3. Исследована морфология поверхности монокристаллов висмута, изучены характер и физические основы изменения морфологии поверхности скола монокристалла висмута при плазменной обработке водородом. При этом обнаружено:
- изменение морфологии поверхности; поверхность монокристалла висмута при плазменной обработке водородом распыляется неоднородно;
- установлено селективное распыление поверхности кристалла висмута;
- установлено, что процесс модификации поверхности зависит от длительности обработки; воздействие атмосферы водорода приводит к появлению на поверхности монокристалла висмута ансамбля нановыступов в форме многогранников (и их конгломератов) с треугольным основанием ограненных кристаллографическими плоскостями.
4. Увеличение продолжительности плазменной обработки водородом привело к повышению количества пирамидальных образований с четко выделенными кристаллическими гранями. Углы наклона грани у основания пирамиды 56° и у вершины 20° позволяют заключить, что грани пирамид, образованы плоскостями {100} и {211}. Формирование самоорганизующейся системы нановыступов обусловлено террасированной и дислокационной морфологией исходной поверхности монокристалла висмута.
5. С помощью квантово-химического моделирования установлено, что нанокластеры висмута Bi8 , Bi18, Bi50 , Bi98 , Bi162 находятся в полупроводниковом состоянии. Показаны закономерности изменения ширины запрещенной (ΔE) и разрешенной зон для каждого метода, на основе которых дана оценка количества атомов для нанокластера, равная по порядку величины, при которой происходит переход “полуметалл-полупроводник”.
Полученные данные коррелируют с известными экспериментальными данными по исследованию тонких пленок висмута. Рассчитаны энергии ионизации и диссоциации для каждого кластера.
6. Полученные в результате самоорганизации наноразмерные структуры на поверхности монокристалла висмута находятся в полупроводниковом состоянии и поэтому могут представлять интерес с точки зрения технологии получения квантовых точек.