Научный руководитель группы

д.ф.-м.н. профессор. Афанасьев Виктор Петрович

Краткая информация

Направления исследований: Исследования направлены на: 1. изучение процессов взаимодействия высокотемпературной неравновесной плазмы и потоков заряженных частиц и излучений с поверхностями твердых тел. В том числе с поверхностями конструкционных материалов перспективных энергетических установок. Целью выполняемых работ является: 2. Создание методики послойного анализа изотопов водорода на основе Спектроскопии Пиков Упруго-Отраженных электронов, Рентгеновской Фото-Электронной Спектроскопии, Спектроскопии Характеристических Потерь Энергии и Спектроскопии Отраженных Электронов, 3. Исследование, на основе развиваемых методик углеродных и углеводородных материалов, 4. Изучение алмазоподобных покрытий, 5. Исследование методами электронной спектроскопии монослойных и субмонослойныхпокрытий на образцах, которые анализировались методами протонной спектроскопии и т. д. Расшифровка спектров Электронной Эмиссии строится на основе решения граничных задач теории переноса Методами Инвариантного Погружения.

Основные научные результаты: Совместно с Институтом Физики Плазмы им. М. Планка (Гархинг, Грайфсвальд) анализировались углеводородные пленки, появляющиеся на элементах конструкций экспериментальных термоядерных установок, изисследованияпроводились с пленками, полученными на установке, имитирующей процессы, происходящие в термоядерных реакторах с углеродной «первой стенкой». Измерения выполнялись традиционными для данной ситуации методами «Быстрых Атомов Отдачи» или Elastic Recoil Detection (ERD), «Методом Ядерных Реакций» или Nuclear Reaction Analysis (NRA). Наряду с ERD и NRA методиками группой В.П. Афанасьева исследование было повыведено на основе Спектроскопии Пиков Упруго-Отраженных Электронов или Elastic Peak Electron Spectroscopy (EPES) и Спектроскопии Отраженных Электронов или Reflected Electron Spectroscopy (RES). Сравнение результатов показало на целый ряд преимуществ EPES и RES методов по сравнению с NRA и ERD измерениями [1]. 

Рис.1 Выпускник нашей кафедры, один из создателей Wendelstein 7-X объясняет канцлеру Германии работу систем управления стелларатора.

В настоящее время акцент исследований на стеллараторе Wendelstein 7-X созданном в Грайфсвальде смещается на решение проблем «первой стенки». Первая стенка Wendelstein 7-X изготовлена из углеродных материалов, поэтому ставится задача создания адекватных методик обработки сигналов EPES спектроскопии, которую планируется использовать для исследования приповерхностных слоев углеводородных покрытий, которые будут появляться на элементах конструкций установки. Создана и программно реализована методика расшифровки энергетических спектров с целью наиболее точного и подробного количественного описания послойного профиля исследуемых различными методиками Электронной Спектроскопии образцов. В результате выполненных исследований защищены 4 диссертации: 2013 год Костановский И.А. «Комплексная методика анализа поверхности с нанометровым разрешением на основе электронной спектроскопии»; 2016 год Капля П.С. «Создание высокоточных методов анализа твердых тел на основе расшифровки данных Электронной Спектроскопии методами Инвариантного Погружения»; 2017 год Грязев А.С. «Исследование характеристик рассеяния электронов в твердых телах для определения толщин нанопокрытий методами электронной спектроскопии», 2019 год Ридзель О.Ю.  «Interaction of slow electrons with matter for nanoscale characterisation of solids» Ausgefuhrt am Institut fur Angewandte Physik der Technischen Universitat Wien. 

Совместно с научной группой А.В. Елецкого выполняются исследования, направленные на отработку технологий получения графена. На основе Рентгеновской Фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) проведены исследования образцов полученных на основе термического восстановления оксида графена. Показаны преимущества РФЭС анализа (PES-методика), базирующегося на анализе энергетических спектров потерь энергии, по сравнению с традиционным подходом основанном на анализе пиков (PSA метод).

Совместно с кафедрой «Нанотехнология микроэлектроники» НИУ МЭИ проводится РФЭС исследование алмазоподобныхпокрытий, которые наряду с высокой микротвердостью должны обладать целым рядом наперед заданных свойств.

Совместно с Венским Техническим Университетом проводим работы по изучению физики взаимодействия электронов с энергией от долей электронВольта до ста электронВольт с твердыми телами.

Совместно с кафедрой «Физика Плазмы» НИУ МИФИ производим исследование энергетических спектров кэВныхпротонов, рассеянных многослойными телами. Проводимые исследования открывают возможность с высокой точностью измерять средние потери энергии кэВных протонов в конструкционных материалах термоядерной энергетики и создать протонную спектроскопию открывающую новые возможности в исследовании монослойных и субмонослойных пленок.

Совместно с Prof. Dr. Christian Linsmeier — Direktor Institut für Energie und Klimaforschung – Plasmaphysik Forschungszentrum Jülich GmbH, запланировано продолжение работ по исследованию приповерхностных слоев бериллия, содержащих изотопы водорода на основе Спектроскопии Пиков Упруго-отраженных Электронов и Рентгеновской Фотоэлектронной Спектроскопии.

Подробно и развернуто о работах научной группы представлено в книге: В.П. Афанасьев, В.П. Будаев, А.Н. Варава, А.В. Дедов, А.Т. Комов, С.Д. Федорович. Физико-технические проблемы управляемого термоядерного синтеза – LAP Lambert Academic Publishing, 2018. – С. 136. ISBN 978-613-9-82060-3.

Предварительные темы для научной работы студентов

  1. Влияние процесса многократных упругих столкновений на интенсивность сигнала в Спектроскопии Пиков Упруго-отраженных Электронов.
  2. Определение толщин покрытий на основе энергетических спектров протонов кэВных энергий.
  3. Определение аллотропного состава углеродного покрытия на основе расшифровки сигнала Рентгеновской Фотоэлектронной Спектроскопии.

Публикации научной группы

  1. I.A. Kostanovskiy, V.P. Afanas’ev, D. Naujoks, M. Mayer, Hydrocarbon isotope detection by elastic peak electron spectroscopy// Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 202 (2015) 22–25
  2. Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Ridzel O.Y., Determination of atomic hydrogen in hydrocarbons by means of the reflected electron energy loss spectroscopy and the X-ray photoelectron spectroscopy // Journal of Physics: Conference Series, 2016, V. 748, p. 012005. DOI: 10.1088/1742-6596/748/1/012005
  3. Афанасьев В.П., Афанасьев М.В., Лисов А.А. и др. Измерение изотопного состава водорода в углеродных материалах на основе спектроскопии пиков упругорассеянных электронов. // Журнал технической физики, 2009. Т.79. Вып.11. С. 106-112; 
  4. V.P. Afanas’ev, M.V. Afanas’ev, A.V. Lubenchenko, A.A. Batrakov, D.S. Efremenko, M. Vos Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 177 (2010) 35–41
  5. Афанасьев В.П., Капля П.С., Головина О.Ю., Грязев А.С. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2015. №1. С. 68-73.
  6. Afanas’ev V.P., Golovina O.Y., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2015. V. 33. No. 3. P. 03D101.
  7. Афанасьев В.П., Капля П.С., Головина О.Ю., Грязев А.С., Расшифровка спектров РФЭС с последовательным учeтом влияния процессов многократного упругого и неупругого рассеяния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2015, № 1, с. 68–73. DOI: 10.7868/S0207352815010035
  8. (перевод) Afanas’ev V.P., Kaplya P.S., Golovina O.Yu., Gryazev A.S., Interpretation of X-ray Photoelectron Spectra with Regard to Multiple Elastic and Inelastic Scattering // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2015, Vol. 9, No. 1, pp. 62–66. DOI: 10.1134/S1027451015010036
  9. Afanas’ev V., Gryazev A., Angular Distribution of XPS Peaks by Layers of a Finite Thickness // Advanced Materials Research, 2015, V. 1085, pp. 496-501. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1085.496
  10. Afanas’ev V.P., Golovina O.Yu., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Photoelectron spectra of finite-thickness layers // Journal of Vacuum Science & Technology B, 2015, V. 33, P. 03D101. DOI: 10.1116/1.4907228
  11. Afanas’ev V.P., Kaplya P.S., Gryazev A.S., Angle-Resolved Photoelectron Spectra of Layers of Finite Thickness // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2015, Vol. 9, No. 3, pp. 590–598. DOI: 10.1134/S1027451015030179
  12. Афанасьев В.П., Капля П.С., Головина О.Ю., Грязев А.С., Андреева Ю.О., Расчет рентгеновских спектров фотоэлектронов в широком интервале потерь энергии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2015, № 9, с. 9–14. DOI: 10.7868/S0207352815090048
  13. (перевод) Afanas’ev V.P., Kaplya P.S., Golovina O.Yu., Gryazev A.S., Andreyeva Yu.O., Photoelectron Spectra Calculation in a Wide Range of Energy Losses // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 9, No. 5, pp. 872–876. DOI: 10.1134/S1027451015050043
  14. Афанасьев В.П., Грязев А.С., Кузнецова А.В., Ляпунов Н.В. Восстановление дифференциальных сечений неупругого рассеяния электронов из РФЭС и ХПЭ спектров бериллия и углерода // Ядерная физика и инжиниринг, 2015, №9-10, с. 498–503. DOI: 10.1134/S2079562915050012
  15. Афанасьев В.П., Грязев А.С., Капля П.С., Андреева Ю.О., Головина О.Ю., Спектры характеристических потерь энергии ниобия, дифференциальные сечения неупругих потерь энергии и рентгеновские фотоэлектронные спектры с угловым разрешением // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2016, № 1, с. 73–79. DOI: 10.7868/S0207352815120021
  16. (перевод) Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Kaplya P.S., Andreyeva Yu.O., Golovina O.Yu., Reflected Electron-Energy-Loss Spectra, Differential Inverse Inelastic Mean Free Paths, and Angular Resolved X-ray Photoelectron Spectra of a Niobium Sample // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 10, No. 1, pp. 101–107. DOI: 10.1134/S1027451015060245
  17. Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Kaplya P.S., Andreyeva Yu.O., Intrinsic Excitation Effect for the Al and Mg Samples XPS Analysis // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 10, No. 1, pp. 108–112. DOI: 10.1134/S102745101506004X
  18. Афанасьев В.П., Капля П.С., Лисицына Е.Д., Малоугловое приближение и модель Освальда–Каспера–Гауклера в задачах отражения электронов от твердых тел // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2016, № 3, с. 66–71. DOI: 10.7868/S0207352816010042
  19. (перевод) Afanas’ev V.P., Kaplya P.S., Lisitsyna E.D., Small-Angle Approximation and Oswald–Kasper–Gaukler Theory of Electron Reflection from Solids // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 10, No. 2, pp. 326–331. DOI: 10.1134/S1027451016010043
  20. Afanas’ev V.P., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Analytical and numerical methods for computing electron partial intensities in the case of multilayer systems // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2016, V. 210, pp. 16-29. DOI: 10.1016/j.elspec.2016.04.006
  21. Афанасьев В.П., Грязев А.С., Ефременко Д.С., Капля П.С., Ляпунов Н.В., Восстановление дифференциальных сечений неупругого рассеяния на основе спектров рентгеновской фотоэлектронной эмиссии // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2016, № 9, с. 27–32. DOI: 10.7868/S0207352815120021
  22. (перевод) Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Lyapunov N.V., Differential Inverse Inelastic Mean Free Path Determination on the Base of X-Ray Photoelectron Emission Spectra // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 10, No. 5, pp. 906-911. DOI: 10.1134/S1027451016050037
  23. Kaplya P.S., Afanas’ev V.P., Correction coefficients in X-ray photoelectron spectroscopy // Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2016, Vol. 10, No. 5, pp. 1053-1059. DOI: 10.1134/S1027451016050293
  24. Afanas’ev V.P., Golovina O.Yu., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Photoelectron spectra of finite-thickness layers // Journal of Vacuum Science & Technology B, 2015, V. 33, P. 03D101. DOI: 10.1116/1.4907228
  25. Afanas’ev V.P., Gryazev A.S., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Differential inverse inelastic mean free path and differential surface excitation probability retrieval from electron energy loss spectra // Vacuum, 2017, V. 136, pp. 146-155. DOI: 10.1016/j.vacuum.2016.10.021
  26. Afanas’ev V.P., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Analytical and numerical methods for computing electron partial intensities in the case of multilayer systems // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 2016, V. 210, pp. 16-29. DOI: 10.1016/j.elspec.2016.04.006
  27. Афанасьев В.П., Капля П.С., Лисицына Е.Ю., //Поверхность. Рентгеновские синхротронные и нейтронные исследования. 2016, №3, с. 66-71.
  28. V P Afanas’ev, A S Gryazev, P S Kaplya, M Köppen, O Yu Ridzel, N Yu Subbotin, P Hansen, Investigation of Deuterium Implantation into Beryllium Sample by Electron Energy Loss Spectroscopy, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012303 doi :10.1088/1742-6596/891/1/012303
  29. Афанасьев В.П., Капля П.С., Функция пропускания. Эффект “поворота тела яркости” // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2017, № 12, с. 66–75. DOI: 10.7868/S0207352817120101
  30. V.P. Afanas’ev, A.S. Gryazev, D.S. Efremenko, P.S. Kaplya, A.V. Kuznetcova, Extracting the differential inverse inelastic mean free path and differential surface excitation probability of Tungsten from X-ray photoelectron spectra and electron energy loss spectra // Journal of Physics: Conference Series, 2018, V. 941, P. 012019. DOI: 10.1088/1742-6596/941/1/012019
  31. Афанасьев В.П., Будак В.П., Ефременко Д.С., Капля П.С. Применение фотометрической теории светового поля в задачах рассеяния электронов // Светотехника, 2018, № 5, p. 44-50.
  32. Victor P. Afanas’ev, Vladimir P. Budak, Dmitry S. Efremenko, and Pavel S. Kaplya. Application of the photometric theory of the radiance field in the problems of electron scattering // Light & Engineering Vol. 27, No. 2, pp. 88–96, 2019 https://doi.org/10.33383/2018-034
  33. Афанасьев В.П., Бодиско Ю.Н., Грязев А.С., Капля П.С., Федорович С.Д. Определение послойных профилей материалов методами спектроскопии отраженных электронов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2018, № 12, с. 52–57. DOI: 10.1134/S0207352818120028
  34. Afanas’ev V.P., Bodisko Yu.N. Gryazev A.S., Kaplya P.S., Fedorovich S.D., Depth Profiling Using Reflected Electron Spectroscopy // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018, Vol. 12, No. 6, pp. 1194–1199. DOI: 10.1134/S1027451018050531
  35. Afanas’ev V.P., Efremenko D.S., Kaplya P.S., Determination of the Thickness of Nanofilms Using X-Ray Photoelectron Spectroscopy // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018, Vol. 12, No. 6, pp. 1182–1189. DOI: 10.1134/S1027451018050580
  36. V.P. Afanas’ev, G.S. Bocharov, A.S. Gryazev, A.V. Eletskii, P.S. Kaplya, O.Y. Ridzel, Reduced graphene oxide studied by X-ray photoelectron spectroscopy: evolution of plasmon mode // Journal of Physics: Conference Series, 2018, V. 1121, P. 012001. DOI: 10.1088/1742-6596/1121/1/012001
  37. V.P. Afanas’ev, B.M. Smirnov, D.A. Zhilyaev, Inelastic Processes in a Gas-Discharge Plasma of Inert Gases // High Temperature, 2018, Vol. 56, No. 5, pp. 621–631. DOI: 10.1134/S0018151X18050012