Electronic structure and optical properties of Ca2Si films grown on silicon different oriented substrates and calculated from first principles

The work considered the growth, optical properties and emerging interband transitions in Ca2Si films grown on silicon substrates with (111), (001), and (110) orientations at two temperatures (250 °C and 300 °C) using the sacrificial-template method. The optimum temperature for MBE single-phase growth of Ca2Si is 250 °C. Calculations of optical functions from the transmission and reflection spectra were carried out within the framework of a two-layer model and by the Kramers–Kronig method. It is shown that the main peaks in the experimental reflection spectra and the optical conductivity calculated according to Kramers–Kronig are in good agreement with each other. Comparison of ab initio calculations of the energy band structure and optical properties of a Ca2Si single crystal and two-dimensional Ca2Si layers with experimental data in the region of high-energy transitions showed good coincidence

Formation, structure, and optical properties of single-phase CaSi and CaSi2 films on Si substrates

In this paper, we report on optimizing the conditions for subsequently growing single-phase films of calcium monosilicide (CaSi) and calcium disilicide (CaSi2) on single-crystal silicon by reactive deposition epitaxy (RDE) and molecular beam epitaxy (MBE). The temperature range for the growth of CaSi films (400–500 °C) was determined, as well as the temperature range (600–680°C) for the growth of CaSi2 films on silicon with three orientations: (111), (100) and (110). The minimum temperatures for the epitaxial growth of CaSi films by the RDE method and CaSi2 films by the MBE method were determined, amounting to, respectively, T = 475 °C and T = 640 °C. An increase in the ratio of Ca to Si deposition rates to 26 made it possible to grow a large-block CaSi2 epitaxial film with the hR6 structure by the MBE method at T = 680 °C. Raman spectra and reflection spectra from single-phase epitaxial CaSi and CaSi2 films on silicon were recorded and identified for the first time. The correspondence between the experimental reflection spectra and the theoretically calculated reflection spectra in terms of amplitude and peak positions at photon energies of 0.1–6.5 eV has been established. Single-phase CaSi and CaSi2 films retain transparency in the photon energy range 0.4–1.2 eV

Ca silicide films—promising materials for silicon optoelectronics

Single-phase films of semiconductor and semimetallic calcium silicides (Ca2Si, CaSi, and CaSi2), as well as films with a significant contribution of Ca5Si3 and Ca14Si19 silicides, were grown on single-crystal silicon and sapphire substrates. The analysis of the crystal structure of the grown films was carried out and the criterion of their matching with silicon and sapphire substrates was determined. Some lattice-matching models were proposed, and the subsequent deformations of the silicide lattices were estimated. Film’s optical functions, including the optical transparency, were calculated from the optical spectroscopy data and an extended comparison was performed with the results of ab initio calculations. The real limits of the optical transparency for the films on sapphire substrates were established. The maximum transparency limit (3.9 eV) was observed for the CaSi film. Based on an analysis of the photoelectric properties of Ca2Si/Si diodes on n- and p-type silicon substrates, a perspective of their applications in silicon optoelectronics was discussed

Using Shifts in Amino Acid Frequency and Substitution Rate to Identify Latent Structural Characters in Base-Excision Repair Enzymes

Protein evolution includes the birth and death of structural motifs. For example, a zinc finger or a salt bridge may be present in some, but not all, members of a protein family. We propose that such transitions are manifest in sequence phylogenies as concerted shifts in substitution rates of amino acids that are neighbors in a representative structure. First, we identified rate shifts in a quartet from the Fpg/Nei family of base excision repair enzymes using a method developed by Xun Gu and coworkers. We found the shifts to be spatially correlated, more precisely, associated with a flexible loop involved in bacterial Fpg substrate specificity. Consistent with our result, sequences and structures provide convincing evidence that this loop plays a very different role in other family members. Second, then, we developed a method for identifying latent protein structural characters (LSC) given a set of homologous sequences based on Gu's method and proximity in a high-resolution structure. Third, we identified LSC and assigned states of LSC to clades within the Fpg/Nei family of base excision repair enzymes. We describe seven LSC; an accompanying Proteopedia page (http://proteopedia.org/wiki/index.php/Fpg_Nei_Protein_Family) describes these in greater detail and facilitates 3D viewing. The LSC we found provided a surprisingly complete picture of the interaction of the protein with the DNA capturing familiar examples, such as a Zn finger, as well as more subtle interactions. Their preponderance is consistent with an important role as phylogenetic characters. Phylogenetic inference based on LSC provided convincing evidence of independent losses of Zn fingers. Structural motifs may serve as important phylogenetic characters and modeling transitions involving structural motifs may provide a much deeper understanding of protein evolution

Розроблення алгоритму прогнозування продуктивності хмарних сервісів

Main stages of data center service performance prediction were discussed, specifically data monitoring and gathering, calculation and prediction of key indexes and performance index prediction. It was proposed to build data center service performance prediction algorithm based on an analysis of the service transactions index, service resource occupancy index and service performance index. Prediction of the indexes is based on chaotic time series analysis that was used to estimate service transactions index time series trend, the radar chart method to calculate the service resource occupancy index value and weighted average method to calculate service performance index. For performance prediction, it is proposed to use a fuzzy judgment matrix with the service transactions index and service resource occupancy index as input values. It was taken into consideration that service transactions index is usually represented by nonlinear time series and thus the index time series parameters had to be predicted by chaos theory and for the calculation of this index, the estimation procedure of Lyapunov exponent value can be used. The radar chart demonstrates service resource occupancy index estimation of shared storage, mobile storage, memory, computational capability and network bandwidth. The prediction technique was based on the fuzzy nearness category that use input values of transactions index and dynamic changes of the service resource occupancy index.Проведен анализ основных этапов прогнозирования эффективности обслуживания центров обработки данных, в частности мониторинга и сбора данных, расчета и прогнозирования ключевых аспектов и прогнозирование коэффициентов производительности. Предложено построение алгоритма прогнозирования эффективности обслуживания центра обработки данных на основе анализа коэффициента транзакции, коэффициента использования машинных ресурсов и коэффициента производительности сервиса. Прогнозирование коэффициентов основано на анализе временных рядов, который использовался для оценки временных рядов коэффициента транзакций, метода радар-диаграммы для расчета значения коэффициента использования машинных ресурсов и средневзвешенного метода оценки для расчета коэффициента производительности сервиса. Для прогнозирования производительности предлагается использовать матрицу нечетких суждений с коэффициентом транзакций и коэффициентом занятости ресурса службы в качестве входных значений. Указано, что коэффициент служебных операций обычно представлен нелинейными временными рядами, и, следовательно, параметры временного ряда коэффициента должны быть предсказаны теорией хаоса, а значит для расчета этого коэффициента может быть использована процедура расчета экспоненты Ляпунова. Радарная диаграмма демонстрирует оценку коэффициента использования машинных ресурсов для общего хранилища данных, мобильных хранилищ, памяти, вычислительных возможностей и пропускной способности сети. Метод прогнозирования основывался на категории нечетких приближений, которые используют входные значения коэффициента транзакций и динамические изменения коэффициента использования машинных ресурсов.Виконано аналіз основних етапів прогнозування ефективності обслуговування центрів оброблення даних, зокрема моніторингу і збирання даних, розрахунку і прогнозу ключових аспектів та прогнозування коефіцієнтів продуктивності. Запропоновано побудову алгоритму прогнозування ефективності обслуговування центру оброблення даних на основі аналізу коефіцієнта транзакції, коефіцієнта використання машинних ресурсів і коефіцієнта продуктивності сервісу. Прогнозування коефіцієнтів ґрунтується на аналізі часових рядів, що використовувався для оцінювання часових рядів коефіцієнта транзакцій, методу радар-діаграми для розрахунку значення коефіцієнта застосування машинних ресурсів і середньозваженого методу оцінювання для розрахунку коефіцієнта продуктивності сервісу. Для прогнозування продуктивності запропоновано використати матрицю нечітких суджень з коефіцієнтом транзакцій і коефіцієнтом зайнятості ресурсу служби як вхідних значень. Указано, що коефіцієнт службових операцій подається нелінійними часовими рядами, і, отже, параметри часового ряду коефіцієнта мають бути передбачені теорією хаосу, а тому для розрахунку цього коефіцієнта можна застосувати процедуру розрахунку експоненти Ляпунова. Радарна діаграма демонструє оцінку коефіцієнта використання машинних ресурсів для загального сховища даних, мобільних сховищ, пам’яті обчислювальних можливостей і пропускної здатності мережі. Метод прогнозування ґрунтується на категорії нечітких наближень з використанням вхідних значень коефіцієнта транзакцій і динамічних змін коефіцієнта застосування машинних ресурсів

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ СИНТЕЗА ТИТАНАТОВ ПЕРОВСКИТОПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ И ДОПИРОВАНИЯ ИХ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

The paper presents an overview of methods for obtaining perovskite structure titanates and doping them with rare-earth elements. The results of scientific research conducted by authors from different countries related to the study of the effect of doping perovskite structure titanates with rare-earth elements on their electromagnetic properties are discussed. The paper also comprises information on the use of perovskite structure titanates in various industries. As exemplified by barium titanate (BaTiO3), a comparative analysis of some morphological properties (particle size, structure) and electromagnetic characteristics (dielectric constant, Curie temperature, modulus of longitudinal oscillations (d33)) of powders obtained (and doped) by different methods is carried out. Techniques for various BaTiO3 preparation methods such as solvothermic, hydrothermal, sol-gel, chemical deposition, and solid-phase sintering are described. The paper provides the results of studies on the effect of changes in process parameters (temperature, pH, composition of the initial mixture of materials and concentration of reagents) on the phase, morphology and BaTiO3 particle formation rate in hydrothermal synthesis (using BaCl2, TiCl4 and NaOH as initial materials). In addition, experiments were conducted to study the effect of microwave radiation power in ВаСОз and ТЮ2 solid-phase sintering on the dielectric and ferroelectric properties of ВаТЮз ceramics. The analysis of methods for obtaining BaTiO3 and doping it with rare-earth elements found that at present the hydrothermal method and the method of solid-phase sintering (including with microwave radiation) can be regarded as advanced technologies for obtaining perovskite structure materials with predetermined properties.Представлен обзор способов получения титанатов перовскитоподобной структуры и допирования их редкоземельны­ми элементами. Освещены результаты научных исследований авторов из разных стран, связанных с изучением влияния допирования титанатов структуры перовскита редкоземельными элементами на их электромагнитные свойства. Содер­жание работы также включает в себя сведения о применении титанатов перовскитоподобной структуры в различных отраслях промышленности. На примере титаната бария (BaTiO3) проведен сравнительный анализ некоторых морфоло­гических свойств (крупность частиц, структура) и электромагнитных характеристик (диэлектрическая проницаемость, температура Кюри, модуль продольных колебаний (d33)) порошков, полученных (и допированных) разными методами. Описаны методики получения BaTiO3 различными способами — сольвотермическим, гидротермалным, золь-гель мето­дом, химическим осаждением и твердофазным спеканием. Представлены результаты исследований влияния изменения технологических параметров (температура, рН, состав исходной смеси материалов и концентрация реагентов) на фазу, морфологию и скорость образования частиц BaTiO3 при гидротермальном синтезе (с использованием в качестве исход­ных материалов BaCl2, TO4 и NaOH). Также в работе приведены результаты экспериментов по изучению влияния мощ­ности микроволнового излучения при твердофазном спекании BaCO3 и ТЮ2 на диэлектрические и сегнетоэлектрические свойства керамики BaTiO3. В результате анализа способов получения BaTiO3 и допирования его редкоземельными эле­ментами установлено, что в настоящее время к наиболее перспективным технологиям получения материалов перовски- топодобной структуры с заданными свойствами можно отнести гидротермальный способ и твердофазное спекание, в том числе с применением СВЧ-излучения

ИЗУЧЕНИЕ КАРБОТЕРМИЧЕСКОГО СПОСОБА ВСКРЫТИЯ ТИТАНОВОГО СЫРЬЯ НА ПРИМЕРЕ ИСКУССТВЕННО СИНТЕЗИРОВАННОГО ПЕРОВСКИТА

The article states the advantages of carbothermic perovskite concentrate decomposition in comparison with hydrometallurgical methods. The papers using the carbothermic method are noted. The paper provides information on existing perovskite processing methods that found no industrial application. The results obtained when studying titanium raw material decomposition in case of CaO·TiO2 artificially synthesized perovskite are given. Artificial perovskite was synthesized in a muffle furnace where a mixture of oxides (CaO = 41,2 wt.% and TiO2 = 58,8 wt.%) was premixed for 15 minutes and then briquetted into pellets using a 15 mm steel mold on a 147 МPa hydraulic press. The temperature of CaTiO3 synthesis was 1300 °C with a holding time of 4 hours. Experiments with a different carbon excess (20 and 30 wt.% of the content stoichiometrically required to recover perovskite components) were carried out. The carbothermic process of artificial perovskite decomposition (4 g pellets) was carried out in a vacuum furnace with a graphite heater in two stages: at 1500 °C, 1 hour holding time and 10,1 kPa residual pressure in an argon atmosphere at the first stage, and at t = 1750 °C, τ = 1 h, 1,3 Pa residual chamber pressure at the second one. Reaction products were studied by X-ray diffraction analysis on the «D8 Advance Bruker AXS» diffractometer. Experimental results demonstrated the practical possibility of titanium and calcium extraction from perovskite using the carbothermic method.Указаны преимущества карботермического способа вскрытия перовскитового концентрата в сравнении с гидрометаллургическими методами. Отмечены работы, в которых использовался карботермический способ. Даны сведения о существующих способах переработки перовскита, которые не нашли применения в промышленности. Приведены результаты исследования вскрытия титанового сырья на примере искусственно синтезированного перовскита CaO·TiO2. Синтез искусственного перовскита проводили в муфельной печи, при этом смесь оксидов (CaO – 41,2 мас.% и TiO2 – 58,8 мас.%) предварительно перемешивали в течение 15 мин, затем брикетировали в таблетки с использованием стальной пресс-формы диаметром 15 мм на гидравлическом прессе с усилием 147 МПа. Температура синтеза CaTiO3 составляла 1300 °С при времени выдержки 4 ч. Проведены опыты с различным избытком углерода (20 и 30 мас.% от стехиометрически необходимого для восстановления компонентов перовскита). Карботермический процесс вскрытия искусственного перовскита (таблетки массой 4 г) осуществлялся в вакуумной печи с графитовым нагревателем в две стадии: при температуре 1500 °С, времени выдержки 1 ч и остаточном давлении 10,1 кПа в атмосфере аргона на первой стадии и t = 1750 °С, τ = 1 ч, остаточном давлении в камере 1,3 Па – на второй. Продукты реакций изучали рентгенофазовым анализом на дифрактометре «D8 Advance Bruker AXS». Результаты опытов показали практическую возможность извлечения титана и кальция из перовскита карботермическим способом