Atom species energy dependence on magnetic configurations in the perovskite yttrium orthoferrite

The article represents the results of studying of the influence of atom species in the perovskite multiferroic yttrium orthoferrite YFeO3 on magnetic configurations by ab-initio methods. Four magnetic configurations possible in magnetic sublattice that were formed by iron atoms were analyzed. It is shown that different magnetic orderings change the lattice parameters and the ions occupied positions while preserving symmetry of the unit cell, the lowest state responds G-AFM type magnetic ordering. The lattice parameters are in good relevant published experimental data. The atom species energy dependence shows that the main role in magnetic properties goes to iron and oxygen. In the ground state, magnetic properties relate with Dzyaloshinskii – Moriya interaction, while in other configurations, these relate with superexchange through Fe- O-Fe chains. Obtained results are useful for analyzing and designing straintronics devices. Also, the results can be interesting for interpretation and predicting magnetic properties of partially or fully substituted orthoferrites including substitution on rare-earth elements.The article represents the results of studying of the influence of atom species in the perovskite multiferroic yttrium orthoferrite YFeO3 on magnetic configurations by ab-initio methods. Four magnetic configurations possible in magnetic sublattice that were formed by iron atoms were analyzed. It is shown that different magnetic orderings change the lattice parameters and the ions occupied positions while preserving symmetry of the unit cell, the lowest state responds G-AFM type magnetic ordering. The lattice parameters are in good relevant published experimental data. The atom species energy dependence shows that the main role in magnetic properties goes to iron and oxygen. In the ground state, magnetic properties relate with Dzyaloshinskii – Moriya interaction, while in other configurations, these relate with superexchange through Fe- O-Fe chains. Obtained results are useful for analyzing and designing straintronics devices. Also, the results can be interesting for interpretation and predicting magnetic properties of partially or fully substituted orthoferrites including substitution on rare-earth elements

Non-Porous Nitrogen and Ruthenium Co-Doped Titania Films for Photocatalysis

Nitrogen and ruthenium co-doped titania films synthesized by sol–gel technique exhibit high photocatalytic activity under both UV and visible light. Incorporation of nitrogen and ruthenium ions in titania lattice is proven by XPS. Both doping agents affected the structural properties of the films

Sol-gel coatings for photolithography on nanoporous anodic alumina and aluminum

The results of the patterned microstructures fabrication through electrochemical anodizing, sol-gel synthesis, photolithography and chemical etching are presented. The continuous xerogel films were used as a protective mask. They are good alternative to metal in photolithography. Perspectives of application of these structures in planar optoelectronics are discussed

One-step sol-gel fabrication of TiO2/(CuO+Cu2O) photocatalysts

Photocatalytically active TiO2+CuO+Cu2O composite structures on copper foil and pre-oxidized copper grids were fabricated using a novel one-step sol-gel synthesis. The sol used included titanium tetraisopropoxide, ethylene glycol monomethyl ether, and nitric acid. Scanning electron microscopy of the composites synthesized upon calcination of the dip-in deposited sol at 400–500 °C demonstrated them to consist of a granular oxide surface layer with a thickness up to 200 nm penetrated by CuO whiskers as long as up to several micrometers. Copper oxides (CuO and Cu2O), as well as titanium dioxide (TiO2) in the anatase phase, were registered by X-ray diffraction analysis. High photocatalytic activity with respect to the test pollutant Rhodamine B in an aqueous solution under UV-activation was observed. The developed surface morphology combined with an efficient separation of photogenerated charge carriers at the TiO2/(CuO or Cu2O) heterojunctions is considered to be responsible for the observed photocatalytic activity. The proposed one-step fabrication of catalytically active materials immobilized on a substrate is promising for improving existing water and air purification systems

Deep learning methods possibilities for optimization of the educational and research problems solution in the field of nanomaterial science

Симбиоз классической науки и передовых информационных технологий становится все более продуктивным и востребованным для современного научно-технического прогресса и укрепления позиций белорусской науки и образования на международной арене. Нейронные сети и методы машинного обучения в общем способны снизить временные и трудовые затраты на широкий ряд материаловедческих исследований, особенно в направлении прогнозирования свойств наноматериалов и новых соединений, что особенно актуально в рамках стратегии «Наука и технологии: 2018–2040» и внедрения концепции Университета 3.0. В данной работе рассмотрен практический пример решения актуальной задачи исследования свойств материалов на примере иттрий-алюминиевых оксидов (материалы, широко используемые в лазерной технике, оптоэлектронике и др.) с привлечением методов глубокого обучения. Дан сравнительный анализ результатов, полученных нейронной сетью, с данными традиционного компьютерного эксперимента. The symbiosis of classical science and advanced information technologies is becoming increasingly productive and demanded for modern scientific and technological progress and strengthening of the Belarusian science and education position in the world. Neural networks and machine learning methods in general can reduce time and labor expenditure for a wide range of materials science research, especially in the direction of the nanomaterials and new compounds properties predicting. It’s especially important in the framework of the “Science and Technology: 2018–2040” strategy and the introduction of the University 3.0 concept. In this paper, we consider a practical example of solving the urgent problem of the materials properties studying by the case of yttrium-aluminum oxides (materials widely used in laser technology, optoelectronics, etc.) with the use of deep learning methods. A comparative analysis of the results obtained by the neural network with the data of a traditional computer experiment is represented

Erbium luminescence in (Y, Er, Yb)3Al5O12 powders

In this work, the Stokes and anti-Stokes luminescence (upconversion) of erbium in powders of yttrium-aluminum garnet with various concentrations of erbium, as well as co-doped with erbium and ytterbium, synthesized by the sol-gel method using multistage thermal processing, was investigated. It was established that the phase composition of the resulting powders corresponds to the crystal structure of garnet. For all powders, high-intensity Stokes luminescence with a maximum at 1.53 μm was observed due to the I13/24→I15/24 electronic transition, and anti-Stokes luminescence was observed with the most intense band in the region of 0.65–0.69 μm, associated with the F9/24→I15/24 transition of Er3+ ions. The highest intensity of the Stokes luminescence is observed for the maximum substitution of yttrium by erbium considered here, which corresponds to the Yb1.5Er1.5Al5O12 stoichiometry. The highest intensity of the anti-Stokes luminescence is for the lowest erbium concentration and for codoping with ytterbium with Y2.71Er0.29Al5O12 and Y2Er0.5Yb0.5Al5O12 stoichiometries, respectively

Оптимизация конфигурации двухмасштабных оксидных структур для фотокаталитических приложений

Photocatalytic active materials are very popular in the modern trend of increasing the environmental friendliness of production processes and vital activities. Effective photocatalysts are the oxides of certain metals (titanium, tungsten, zinc, etc.), which can be obtained by electrochemical methods. The additional use of photolithography to force irregularities on the surface of the photocatalyst with a given configuration increases the efficiency of purifying aqueous solutions under the influence of ultraviolet and visible radiation. The purpose of this work is to study the effect of substrate structuring on the liquid flow as part of a model experiment. Modeling in the COMSOL Multiphysics® software package was performed using the finite element method in the approximation of an absolutely incompressible fluid and a k-ε turbulence model. The results obtained made it possible to increase the efficiency of photocatalytic water purification in a flow system in the presence of a photocatalyst with a surface containing configuration elements in the form of ribs with gaps. The optimal dimensions of the ribs according to the results of estimating the liquid flow rate and the region of effective mixing were: rib height h = 0.25-1 mm, rib width w = 1 mm, intercostal gap g = 5 mm. The millimeter range of configuration elements' dimensions makes their manufacture simpler in comparison with the elements of micron and submicron dimensions and helps to expand the options for the technologies used to produce photocatalytic active substrates. In addition to photolithography and electrochemical methods, it is also possible to use chemical etching and sol-gel technology to obtain combined photocatalysts with a given surface configuration.Фотокаталитически активные материалы являются весьма востребованными в свете современных тенденций повышения экологичности процессов производства и жизнедеятельности. Эффективными фотокатализаторами являются оксиды некоторых металлов (титана, вольфрама, цинка и др.), которые могут быть получены электрохимическими методами. Дополнительное использование фотолитографии с целью создания на поверхности фотокатализатора неровностей с заданной конфигурацией повышает эффективность очистки водных растворов под воздействием ультрафиолетового и видимого излучения. Целью данной работы является исследование влияния структурирования подложки на скорость протекания потока жидкости в ее присутствии в рамках модельного эксперимента. Моделирование в программном пакете COMSOL Multiphysics® проводили методом конечных элементов в приближении абсолютно несжимаемой жидкости и k-ε модели турбулентности. Полученные результаты позволили прогнозировать повышение эффективности фотокаталитической очистки воды в проточной системе в присутствии фотокатализатора с поверхностью, содержащей конфигурационные элементы в виде ребер с зазорами. Оптимальные размеры ребер по результатам оценки скорости потока жидкости и области эффективного перемешивания составили: высота ребра h = 0,25-1 мм, ширина ребра w = 1 мм, межреберный зазор g = 5 мм. Миллиметровый диапазон размеров конфигурационных элементов делает их изготовление более простым по сравнению с элементами микронных и субмикронных размеров и способствует расширению вариантов применяемых технологий для получения фотокаталитически активных подложек. Помимо фотолитографии и электрохимических методов также возможно использование химического травления и золь-гель технологии для получения комбинированных фотокатализаторов с заданной конфигурацией поверхности

Modeling of multilayer ultrathin-film photonic crystals for selective filters

Целью работы являлось исследование оптических свойств одномерных фотонных кристаллов из ультратонких чередующихся слоев оксидов титана и кремния с различным порядком чередования слоев для формирования дефектных полуволновых слоев в объеме фотонного кристалла. Проведена оптимизация толщин слоев с учетом дисперсии коэффициента преломления и показано, что для формирования 16-слойной структуры фотонного кристалла без полуволнового слоя с фотонной запрещенной зоной в ультрафиолетовой области необходимо использовать слои диоксида титана и оксида кремния толщиной 28,3 и 53,2 нм соответственно. Предложена структура 26-слойного фотонного кристалла толщиной 2130 нм с двумя неэквидастантными полуволновыми слоями, формирующими резонансные полосы пропускания в фотонной запрещенной зоне с максимумами на 550 и 601 нм. Из-за дисперсии коэффициента преломления отношение толщин слоев TiO2:SiO2 изменяется с 1:1,88 в случае 16-слойной структуры с фотонной запрещенной зоной в УФ области до 1:1,5 в случае 26-слойной структуры с фотонной запрещенной зоной в видимом диапазоне. Продемонстрировано влияние фотонно-кристаллической структуры без полуволновых слоев на спектр излучения жидкокристаллического дисплея, изготовленного по технологии IPS, с целью снижения интенсивности синей компоненты для повышения безопасности зрения пользователя. Использование фотонного кристалла с двумя полуволновыми дефектными слоями позволяет добиться полного разделения компонент спектра, что возможно применять для модификации спектров крупных жидкокристаллических панелей, так как их изготовление по технологии AMOLED является крайне сложной технологической задачей даже для лидеров в данной области

МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНЫХ УЛЬТРАТОНКИХ ПЛЕНОЧНЫХ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ

The aim of the work was to study the optical properties of the one-dimensional photonic crystals from ultrathin alternating layers of titanium and silicon oxides with different order of alternating layers to form defective half-wave layers in the bulk of the photonic crystal. The layer thicknesses were optimized by the dispersion of the refractive index and it was shown that for the formation of 16-layer photonic crystal structure without a half-wave layer with a photonic band gap in the UV region, it is necessary to use layers of titanium dioxide and silicon oxide with a thickness of 28.3 and 53.2 nm, respectively. The structure of the 26-layer photonic crystal with a thickness of 2130 nm with two non-equidistant half-wave layers forming resonant transmission bands in the photonic band gap with peaks at 550 and 601 nm is proposed. Due to the dispersion of the refractive index, the ratio of the thicknesses of TiO2:SiO2 layers varies from 1:1.88 in the case of a 16-layer structure with a photonic band gap in the UV region to 1:1.5 in the case of a 26-layer structure with a photonic band gap in the visible range . The effect of a photonic crystal structure without half-wave layers on the emission spectrum of a liquid crystal display manufactured using IPS technology has been demonstrated in order to reduce the intensity of the blue component to increase the safety of the user's vision. The using of the photonic crystals with two half-wave defective layers allows to achieve complete separation of the spectrum components, which can be used to modify the spectra of large liquid crystal panels, their manufacture using AMOLED technology is a very difficult technological task even for leaders in this field.Целью работы являлось исследование оптических свойств одномерных фотонных кристаллов из ультратонких чередующихся слоев оксидов титана и кремния с различным порядком чередования слоев для формирования дефектных полуволновых слоев в объеме фотонного кристалла. Проведена оптимизация толщин слоев с учетом дисперсии коэффициента преломления и показано, что для формирования 16-слойной структуры фотонного кристалла без полуволнового слоя с фотонной запрещенной зоной в ультрафиолетовой области необходимо использовать слои диоксида титана и оксида кремния толщиной 28,3 и 53,2 нм соответственно. Предложена структура 26-слойного фотонного кристалла толщиной 2130 нм с двумя неэквидастантными полуволновыми слоями, формирующими резонансные полосы пропускания в фотонной запрещенной зоне с максимумами на 550 и 601 нм. Из-за дисперсии коэффициента преломления отношение толщин слоев TiO2:SiO2 изменяется с 1:1,88 в случае 16-слойной структуры с фотонной запрещенной зоной в УФ области до 1:1,5 в случае 26-слойной структуры с фотонной запрещенной зоной в видимом диапазоне. Продемонстрировано влияние фотонно-кристаллической структуры без полуволновых слоев на спектр излучения жидкокристаллического дисплея, изготовленного по технологии IPS, с целью снижения интенсивности синей компоненты для повышения безопасности зрения пользователя. Использование фотонного кристалла с двумя полуволновыми дефектными слоями позволяет добиться полного разделения компонент спектра, что возможно применять для модификации спектров крупных жидкокристаллических панелей, так как их изготовление по технологии AMOLED является крайне сложной технологической задачей даже для лидеров в данной области

Nanostructuring of the CIGS Films Surface by the Plasma Treatment with Low Ion Energy

We report on surface nanostructuring of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) films using inductively coupled argon plasma treatment with the ion energy of 25–30eV within 30–120s. The films were fabricated on glass substrates using the selenization method and had a polycrystalline structure. We demonstrate that the plasma treatment results in the formation of tip-shaped nanostructure arrays with the geometrical parameters controlled by the treatment duration. The features of the surface nanostructuring using low energy ions are discussed