Giant magnetoresistance in semiconductor / granular film heterostructures with cobalt nanoparticles

We have studied the electron transport in SiO${}_2$(Co)/GaAs and SiO${}_2$(Co)/Si heterostructures, where the SiO${}_2$(Co) structure is the granular SiO${}_2$ film with Co nanoparticles. In SiO${}_2$(Co)/GaAs heterostructures giant magnetoresistance effect is observed. The effect has positive values, is expressed, when electrons are injected from the granular film into the GaAs semiconductor, and has the temperature-peak type character. The temperature location of the effect depends on the Co concentration and can be shifted by the applied electrical field. For the SiO${}_2$(Co)/GaAs heterostructure with 71 at.% Co the magnetoresistance reaches 1000 ($10^5$ %) at room temperature. On the contrary, for SiO${}_2$(Co)/Si heterostructures magnetoresistance values are very small (4%) and for SiO${}_2$(Co) films the magnetoresistance has an opposite value. High values of the magnetoresistance effect in SiO${}_2$(Co)/GaAs heterostructures have been explained by magnetic-field-controlled process of impact ionization in the vicinity of the spin-dependent potential barrier formed in the semiconductor near the interface. Kinetic energy of electrons, which pass through the barrier and trigger the avalanche process, is reduced by the applied magnetic field. This electron energy suppression postpones the onset of the impact ionization to higher electric fields and results in the giant magnetoresistance. The spin-dependent potential barrier is due to the exchange interaction between electrons in the accumulation electron layer in the semiconductor and $d$-electrons of Co.Comment: 25 pages, 16 figure

Dust density waves in a dc flowing complex plasma with discharge polarity reversal

We report on the observation of the self-excited dust density waves in the dc discharge complex plasma. The experiments were performed under microgravity conditions in the Plasmakristall-4 facility on board the International Space Station. In the experiment, the microparticle cloud was first trapped in an inductively coupled plasma, then released to drift for some seconds in a dc discharge with constant current. After that the discharge polarity was reversed. DC plasma containing a drifting microparticle cloud was found to be strongly non-uniform in terms of microparticle drift velocity and plasma emission in accord with [Zobnin et.al., Phys. Plasmas 25, 033702 (2018)]. In addition to that, non-uniformity in the self-excited wave pattern was observed: In the front edge of the microparticle cloud (defined as head), the waves had larger phase velocity than in the rear edge (defined as tail). Also, after the polarity reversal, the wave pattern exhibited several bifurcations: Between each of the two old wave crests, a new wave crest has formed. These bifurcations, however, occurred only in the head of the microparticle cloud. We show that spatial variations of electric field inside the drifting cloud play an important role in the formation of the wave pattern. Comparison of the theoretical estimations and measurements demonstrate the significant impact of the electric field on the phase velocity of the wave. The same theoretical approach applied to the instability growth rate, showed agreement between estimated and measured values.Comment: 7 pages, 4 figure

Макрофаги при бактериальных болезнях легких: фенотип и функции (обзор)

This literature review is devoted to the analysis of the role of macrophages in the immunopathogenesis of infectious lung diseases of bacterial etiology. The article summarizes information about the origin of macrophages, their phenotypic and functional heterogeneity. The mechanisms of impaired protective function of innate immunity are associated with the polarization of the program of maturation and activation of macrophages in the direction to tolerogenic or immunoregulatory cells with phenotype of M2. Alveolar macrophages perform a variety of functions (from pro-inflammatory to regenerative) in the development of inflammation in the respiratory organs. Their inherent plasticity suggests that the same macrophages can change their phenotype and function depending on the microenvironment in the inflammatory focus at different stages of the disease. Understanding the mechanisms that regulate macrophage plasticity will be an important step towards realizing the potential of personalized immunomodulatory therapy.Обзор литературы посвящен анализу роли макрофагов в иммунопатогенезе инфекционных заболеваний легких бактериальной этиологии. В статье обобщены сведения о происхождении макрофагов, их фенотипической и функциональной гетерогенности. Механизмы нарушений защитной функции врожденного иммунитета связаны с поляризацией программы созревания и активации макрофагов в направлении толерогенных или иммунорегуляторных клеток с фенотипом М2. Альвеолярные макрофаги выполняют разнообразные функции (от провоспалительной до регенераторной) при развитии воспаления в органах дыхания. Присущая им пластичность свидетельствует, что одни и те же макрофаги могут изменять свой фенотип и функции в зависимости от микроокружения в очаге воспаления на разных стадиях заболевания. Понимание механизмов, которые регулируют пластичность макрофагов, станет важным шагом на пути реализации потенциала персонифицированной иммуномодулирующей терапии

Влияние автооблучения на формирование наноразмерных слоев золота при ионно-лучевом напылении

2–13 nm gold films were obtained by the method of ion-beam sputtering on silicon and quartz substrates. It is shown that the use of an additional operation of deposition followed by the sputtering of a gold layer of 2–3 nm thickness makes it possible to reduce the electrical resistance and surface roughness of the metal films, in comparison with similar films obtained without its use. The results of measuring the temperature coefficient of resistance of nanosized gold films on silicon substrates allowed us to conclude that the films deposited become continuous at a thickness of 6-8 nm. The results of optical measurements of 10 nm gold films, obtained on quartz substrates, showed that the reflection coefficient of electromagnetic radiation at a wavelength of 850 nm is 2.8 % higher than the corresponding coefficient for the same films obtained without using this operation, and is 83 %. An important role in the formation of nanoscale gold layers is played by the processes of self-irradiation of the growing layer of the high-energy component of the gold atoms flux. When using an additional operation of deposition/sputtering, high-energy gold atoms are implanted into the substrate to a depth of about 2 nm. On the one hand, these atoms are point defects in the surface damaged layer of the substrate; on the other hand, they serve as additional centers of cluster formation. This ensures strong adhesion of the metal layer to the substrate and, therefore, the gold films become continuous and more homogeneous in microstructure. The method of ion-beam deposition can be successfully applied to obtain high-quality conductive optically transparent nanosized gold films.Методом ионно-лучевого напыления получены пленки золота толщиной 2–13 нм на кремниевых и кварцевых подложках. Показано, что применение дополнительной операции напыления с последующим распылением слоя золота толщиной 2–3 нм позволяет снизить электрическое сопротивление и поверхностную шероховатость получаемых металлических пленок по сравнению с аналогичными пленками, полученными без ее использования. Результаты измерения температурного коэффициента сопротивления образцов наноразмерных пленок золота на кремниевых подложках позволили заключить, что напыляемые пленки становятся сплошными при толщине 6–8 нм. Результаты оптических измерений пленок золота толщиной 10 нм, полученных на кварцевых подложках, показали, что коэффициент отражения электромагнитного излучения на длине волны 850 нм на 2,8 % выше соответствующего коэффициента для таких же пленок, полученных без использования данной операции, и составляет 83 %. Важную роль в формировании наноразмерных слоев золота играют процессы автооблучения растущего слоя высокоэнергетической составляющей потока атомов золота. При использовании дополнительной операции напыления/распыления происходит внедрение в подложку высокоэнергетических атомов золота на глубину до 2 нм. С одной стороны, эти атомы являются источниками точечных дефектов в приповерхностном нарушенном слое подложки; а с другой – они служат дополнительными центрами кластерообразования. За счет этого обеспечивается высокая адгезия слоя металла к подложке, и, как следствие, пленки золота становятся сплошными и более однородными по микроструктуре. Метод ионно-лучевого напыления может быть успешно применен для получения качественных проводящих оптически прозрачных наноразмерных пленок золота

Особенности клеточного иммунитета и регенерации при алкогольном фиброзе печени

Purpose. The subpopulation composition of peripheral blood lymphocytes was evaluated in patients with alcoholic liver fibrosis (ALF).Materials and methods. The study included 62 patients with ALF; 15 patients abusing alcohol without liver fibrosis and 20 conditionally healthy donors. In samples of lysed peripheral blood, the number of cells bearing surface markers was determined by flow cytometry. In patients with ALF at terminal stages of fibrosis, significant lymphopenia was recorded with a change in the composition of the main subpopulations of lymphocytes relative to the values of conditionally healthy donors and the comparison group.Results. We identified in the blood of ALF patients with terminal (III–IV) stage (relative to control and comparison group) of the relative number of naive (TN) and central memory T-lymphocytes (TCM) associated with an increase in the number of effector cells (TEM and TEMRA) allows us to suggest in this category of patients the direct differentiation of TN and TCM lymphocytes to effector (TEM and TEMRA), which can aggravate the course of the tissue-destructive process due to the high biocidal activity of the latter. Elevated levels of hematopoietic (CD34 and CD133) cells in the peripheral blood at the initial and moderate stages. (I–II) fibrosis (relative to control and comparison group) may be due to persistent inflammation in the liver parenchyma and an increasing imbalance between the processes of its damage and reparative capabilities. Whereas the decrease in their number at the terminal station fibrosis may indicate an increasing decompensation and depletion of the regenerative potential of the organism in the final stages of the degenerative process.Conclusions. In general, the obtained data demonstrate new aspects of the immune regulation of the processes of fibrogenesis in chronic alcoholism.Цель. Оценка субпопуляционного состава лимфоцитов периферической крови у больных алкогольным фиброзом печени (АФП).Материалы и методы. В исследование были включены 62 больных АФП; 15 пациентов, злоупотребляющих алкоголем, без фиброза печени и 20 условно здоровых доноров. В образцах лизированной периферической крови методом проточной цитометрии определяли число клеток, несущих поверхностные маркеры.Результаты. У больных АФП на терминальных стадиях (ст.) фиброза регистрировалась значительная лимфопения с изменением состава основных субпопуляций лимфоцитов относительно значений условно здоровых доноров и группы сравнения. Выявленное нами в крови больных АФП с терминальными (III–IV) ст. заболевания снижение (относительно контроля и группы сравнения) относительного числа наивных (TN) и Т-лимфоцитов центральной памяти (ТСМ), ассоциированное с ростом количества эффекторных клеток (TEM и TEMRA), позволяет нам предположить у этой категории больных факт прямой дифференцировки лимфоцитов TN и ТСМ в эффекторные (TEM и TEMRA), что может усугублять течение тканедеструктивного процесса за счет высокой биоцидной активности последних. Повышенный уровень гемопоэтических (CD34 и CD133) клеток в периферической крови на начальных и умеренных (I–II) ст. фиброза (относительно контроля и группы сравнения) может быть обусловлен персистирующим воспалением в паренхиме печени и нарастающим дисбалансом между процессами ее повреждения и репаративными возможностями. Тогда как снижение их количества на терминальных ст. фиброза может свидетельствовать о нарастающей декомпенсации и истощении регенераторного потенциала организма на финальных этапах дегенеративного процесса.Заключение. В целом полученные данные демонстрируют новые аспекты иммунной регуляции процессов фиброгенеза при хроническом алкоголизм

Применение барьерных слоев диоксида титана для формирования мультиферроиков ферромагнетик/сегнетоэлектрик

The layered multiferroics Co/PZT were obtained by ion-beam sputtering-deposition method, where PZT is a ferroelectric ceramic based on lead titanate zirconate of the composition PbZr0.45Ti0.55O3 with a thermostable plane-parallel ferroelectric/ferromagnet interface. Using cross-sectional scanning electron microscopy (SEM), we studied the interface of a cobalt layer up to several micrometers thick with a thick ceramic substrate of lead zirconate titanate. It has been shown that the use of a titanium dioxide barrier layer of TiO2 instead of PZT allows quality improvement of the interface by reducing the duration of ion-beam planarization of the ferroelectric substrate, and also to eliminate the formation of intermediate chemical compounds. Based on the data of X-ray phase analysis (XRD), it was concluded that the TiO2 layer is amorphous. Magnetoelectric measurements have shown that the use of titanium dioxide instead of PZT under appropriate planarization modes can increase the low-frequency magnetoelectric effect to 5 mV/(cm∙Ое), compared with structures with a sputtering planarizing layer of PZT, where the magnitude of the low-frequency magnetoelectric effect is 2 mV/(cm∙Оe). These results allow us to improve the characteristics of these structures when used as sensitive elements in devices for formation – processing of information and magnetic field sensors based on the magnetoelectric effect.С помощью метода ионно-лучевого распыления – осаждения получены слоистые мультиферроики Co/ЦТС (ЦТС – сегнетоэлектрическая керамика на основе цирконата титаната свинца состава PbZr0,45Ti0,55O3 с термостабильным плоскопараллельным интерфейсом сегнетоэлектрик/ферромагнетик), обладающие воспроизводимыми низкочастотными магнитоэлектрическими характеристиками при комнатной температуре. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) поперечного сечения исследована граница раздела слоя кобальта толщиной до нескольких микрометров с толстой керамической подложкой цирконата – титаната свинца. Показано, что использование барьерного слоя диоксида титана TiO2 вместо ЦТС позволяет добиться улучшения качества интерфейса за счет уменьшения длительности ионно-лучевой планаризации сегнетоэлектрической подложки, а также исключить образование промежуточных химических соединений. На основе данных рентгенофазового анализа (РФА) сделан вывод об аморфности слоя TiO2, который по сравнению с кристаллическим позволяет более равномерно, без искажений, передавать внутренние напряжения, возникающие между сегнетоэлектрической подложкой и ферромагнитным слоем. Это приводит к более эффективному магнитоэлектрическому взаимодействию и значительному по величине (в единицы – десятки мВ/А) низкочастотному магнитоэлектрическому эффекту при комнатной температуре. Магнитоэлектрические измерения показали, что использование диоксида титана вместо ЦТС при соответствующих режимах планаризации приводит к увеличению низкочастотного магнитоэлектрического эффекта до 5 мВ/(см ∙Э) по сравнению со структурами с напылением планаризующего слоя ЦТС, где величина данного эффекта составляет 2 мВ/(см ∙Э). Эти результаты позволяют улучшить характеристики указанных структур при использовании в качестве чувствительных элементов в устройствах формирования – обработки информации и датчиков магнитного поля на основе магнитоэлектрического эффекта