Наряду с элементарным атомным и молекулярным спектральным анализом состава и структуры вещества (предполагающим в большинстве случаев испарение в пламени или растворение микропробы), в определении его электрофизических и оптических свойств исключительное значение имеет изучение "истинных" широкополосных электромагнитных спектров дисперсии и абсорбции твёрдого, жидкого, аморфного вещества в его естественном состоянии, что является объектом исследования спектроскопии конденсированного вещества.

На текущий момент проблема аналитического качественного и количественного отображения полного электромагнитного спектра дисперсии и абсорбции вещества в конденсированном состоянии находит своё естественное решение на феноменологической основе динамическим аддитивным методом, что и подтверждается содержанием данной заметки. Это добрая весть для физиков, оптиков, химиков, электро- и радиотехников, конструкторов и технологов электроники и микроэлектроники.

Основные положения исходной методики и электрофизического обоснования расчёта и моделирования широкополосных спектров конденсированного вещества содержатся в публикациях: "Диэлектрический спектр воды" (УФЖ, т. 29, 1984, № 8, с. 1175-1181) и "Компьютерное моделирование диэлектрического спектра арсенида галлия" (ЖПС, т. 65, 1998, № 3, с. 465). При этом, если в первом случае проводились трудоёмкие громоздкие расчёты без использования вычислительной техники, то во втором те же расчёты существенно ускорены использованием ПЭВМ и дополнены возможностью моделирования вариантов и другими функциями, успешно использованными для обобщения полных спектров ряда полупроводников и диэлектриков.

Для иллюстрации на рис. приведен обзорный фрагмент полного диэлектрического (электрического) спектра сапфира и рубина. Естественно, графические и аналитические возможности разработанных методик расчёта и программы "СПЕКТРА" не исчерпываются приведенными зависимостями.

Универсальная программа "SPECTRA" ("СПЕКТРА") - "Программа для расчёта и моделирования спектральных свойств вещества в широком диапазоне частот" - охватывает расчётными возможностями полный электромагнитный спектр от крайне низких (в доли герца) до крайне высоких (1022 Гц) частот, впервые аналитически и графически объединяя в единый спектр дисперсии и абсорбции низкочастотный (промышленных частот) и радиотехнический спектр, микроволновый и субмиллиметровый диапазоны, традиционные ИК-, видимый и УФ-участки оптического диапазона, а также характеристический спектр поглощения рентгеновского и гамма-диапазона вплоть до гигантского ядерного резонанса (с внутриядерной нуклеонной поляризацией). Для чего требуется перейти от энергетической шкалы (в электрон-вольтах) тормозного рентгеновского излучения к обычной частотной.

Программа "СПЕКТРА" функционирует на IBM-совместимых компьютерах конфигурации IBM-286 /386, 486, Pentium II, Celeron, AMD К6-2 с адаптером VGA или SVGA в операционной системе МS DOS версии 3.1 и выше. Объём программы - до 300 Кб. Язык программирования - ТУРБО ПАСКАЛЬ 7.0 с использованием модулей стандартной графики ПАСКАЛЯ.

Алгоритм и программа обеспечивают аналитическое и графическое отображение в функции длины волны более десятка спектральных кривых (для выбранного конденсированного вещества) с возможностью обзорного и по участкам в требуемом масштабе представления результатов расчёта, коррекции и моделирования ряда физических постоянных, таких, как показатели преломления и поглощения, постоянная затухания или натуральный показатель поглощения (наиболее труднодоступная к измерению величина), мнимая и вещественная части комплексных проницаемостей и проводимости за счёт свободных носителей заряда, тангенс угла диэлектрических потерь, а также функция удельных энергетических потерь и другие составляющие (по выбору пользователя).

Наряду с аналитическим обоснованием и демонстрацией параметров "окон прозрачности" вещества, предложенная методика расчёта и моделирования на ПЭВМ спектральных абсорбционных свойств конденсированного вещества даёт инструментарий и основу для определения "оптического значения" основного параметра полупроводника - ширины запрещенной зоны - из анализа кривых фундаментального поглощения на экране компьютера, для моделирования экситонных колебаний на краю зоны, а также смещения края полосы фундаментального поглощения в ту или иную сторону на частотной шкале в полупроводниках с изменением концентрации электронов в зоне (эффект Бурштейна-Mоcca (1954г.)) или при воздействии внешнего электрического поля эффект Франца-Келдыша (1958-1960гг.), для анализа сущности эффекта фотопластичности в зоне основного поглощения света полупроводником и других явлений и процессов в области новых и высоких технологий.

В настоящее время и в пределах текущего года программный продукт "СПЕКТРА" распространяется бесплатно (на условиях "Shareware") в качестве демонстрационной и рабочей версии в комплекте с имеющейся БД по широкополосным спектрам ряда распространённых полупроводников и диэлектриков (c-Si, a-Si, GaAs, Ge, Se, InSb, NaCl, KCl, C, Al2O3, H2O, D2O и др.). Объём передаваемых материалов - до 400 Кб (на дискете).

Эксплуатационная и сопроводительная документация на программные средства и БД разрабатывается применительно к требованиям регистрации за рубежом. Применительно к конкретным задачам Пользователя, а также для исследовательских и образовательных целей возможно сопровождение программы на договорных условиях с необходимыми консультациями по исходной методике и основному содержанию разработки.

В целом, имеющийся теоретический и практический задел по основным направлениям разработки позволяет в обозримом будущем расширить количество исследуемых веществ и материалов и тем самым ускорить формирование обширной базы данных по широкополосным спектрам с вечной достоверностью физических (фундаментальных) постоянных при условии и в объеме соответствующего опережающего финансирования работ, расширения аппаратурной и программной части компьютерной базы, обеспечивающих решение конкретных задач физического и математического моделирования во всём диапазоне спектра согласно инженерному принципу - достижения максимальных результатов при минимальной затрате сил и ресурсов.

Александр СИДОРОВИЧ,
тeл. 264-15-79,
[email protected]