Кованжі, Петро ОлександровичПетро ОлександровичКованжіКондратенко, Сергій Вікторович2026-01-192026-01-192026-01-16Кованжі П. О. Оптичні властивості тонких металевих аморфних плівок та покриттів : дис. ... д-ра філософії : 104 Фізика та астрономія. Київ, 2025. 193 с.УДК 535.51;544.023https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/9839Кованжі П.О. Оптичні властивості тонких металевих аморфних плівок та покриттів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії у галузі знань 10 «Природничі науки» за спеціальністю 104 «Фізика та астрономія». – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2025. У даній роботі представлено розробку та аналіз високоефективних плазмонних пристроїв, заснованих на структурах HfO2/Cu(Ag) як з так і без додаткових графенових моношарів. Дослідження показує, що інтеграція графенових моношарів із структурами HfO2/Cu(Ag) призводить до значного покращення плазмонних властивостей, термічної і хімічної стабільності порівняно з одношаровими плівками Ag або Cu. Високоякісні плівки Cu(Ag) з додаванням тонкого діелектричного шару графена демонструють вдосконалені дисперсійні властивості та оптичну провідність, підкріплені експериментальними даними, що відповідають моделі вільних електронів Друде. Така оптимізація структури дозволяє ефективно модифікувати електронні характеристики гібридної наноструктури, забезпечуючи високу якість поверхневих плазмонних резонансів (ППР) і більшу довжину поширення плазмон-поляритонів (ППП). Отримані результати вказують на значний потенціал тришарових структур графен/HfO2/Ag для застосування в біосенсориці. Аналізується вплив верхніх покриттів, зокрема графену, TiO2, та Al2O3, на оптичні характеристики тонких шаруватих структур на основі Cu(Ag). Використовуючи методи спектроеліпсометрії та спектрорефлектометрії, було визначено, що введення цих покриттів суттєво впливає на еліпсометричні характеристики та відбивну здатність структур, що може бути пояснено за допомогою моделі ефективного середовища (МЕС). Дослідження виявило високу чутливість оптичних констант до зміни товщини шарів і оптичних властивостей компонентів. Досліджено вплив різних факторів на оптичні та електронні властивості на поверхні стрічок аморфних сплавів на базі нікелю та заліза. Встановлено, що орієнтація стрічок аморфного сплаву Ni78Si8B14 у власній площині відносно p-напрямку суттєво впливає на їх оптичні та електронні характеристики, зокрема на зміну плазмових та релаксаційних частот, що веде до зміни відношення кількості вільних електронів до їх ефективної маси. Такі зміни обумовлені наявністю деформаційних та пружних напружень у поверхневій атомній структурі, викликаних специфічними умовами виробництва. Аналіз змін в комплексних діелектричних сталих ε₁ і ε₂ вказує на резонансні взаємодії та рівні поглинання, залежні від енергії та складу матеріалу, демонструючи вплив додавання Si та B на електронну структуру та оптичні властивості сплавів. Зокрема, збільшення вмісту Si сприяє металевій поведінці, тоді як Cr впливає на зменшення показника заломлення і зміни в поглинанні для стрічок на основі Fe, підкреслюючи зв'язок між хімічним складом, електронною структурою та оптичними властивостями. Додатково, досліджено вплив температури розплаву на оптичні характеристики стрічки Fe70Cr15B15, виявивши, що збільшення температури плавлення призводить до зниження енергії розсіювання та плазмової частоти, що може бути обґрунтовано змінами в мікроструктурі, впливаючи на густину і мобільність вільних електронів. Застосовано методи спектроскопічної еліпсометрії зі змінним кутом та спектроскопії пропускання для вимірювання комплексних оптичних констант моношарів двовимірних матеріалів, включаючи дихалкогеніди перехідних металів на прикладі MoS2, синтезованих хімічним шляхом відшарування. Отримані результати дозволили визначити оптичну провідність та комплексні показники заломлення досліджуваних моношарів, виявивши відмінності від їх об'ємних аналогів, що свідчить про зміцнення електронно-діркових взаємодій у моношарових структурах. Аналіз спектрів поглинання моношарів MoS2 виявив характерні екситоні піки A та B у червоній частині спектру, асоційовані з переходами в спін-орбітально розщеплених зонах у точці K Бріллюенової зони. Також виявлено серію гострих піків вищої енергії, що вказують на міжзонні переходи. Спектри мікроФЛ кількашарових 2D-флейків MoS2 продемонстрували смуги, що відповідають екситонам A та B, з розщепленням, залежним від кількості моношарів і температури. Експериментальні дані про температурну залежність фотолюмінесценції (ФЛ) свідчать про червоне зсув та зниження інтенсивності з підвищенням температури через термічно активовану безвипромінювальну рекомбінацію. Досліджено ефект використання наноструктурованих золотих плівок на ефективність фотоелектричного перетворення та стабільність станів нерівноважних носіїв заряду у фотодетекторах на основі гетероструктур ITO-pSi. Виявлено, що наноструктуровані плівки золота здатні подовжувати час життя нерівноважних носіїв заряду, покращуючи тим самим довговічність пристрою в порівнянні з традиційною структурою ITO. Дослідження також показало, що збудження поверхневих плазмонів на золотих плівках сприяє локальному підсиленню ефектів, що призводить до підвищення фотоелектричної ефективності. Крім того, було розроблено фоточутливі пристрої, які використовують гібридні 2D-QD плівки MoS2-AgInS2, створені методом механічного переміщення окремих флейків MoS2 на поверхню з квантовими точками AgInS2. Ці пристрої продемонстрували високу фоточутливість як при сталому, так і при модульованому світловому збудженні при різних температурах. Під час неперервного світлового збудження спостерігалося значне збільшення фотопровідності, що зумовлене ефективним переміщенням фотоіндукованих носіїв заряду у флейках MoS2 і їх багаторазовим проходженням через електричне коло, в той час як дірки захоплювалися глибокими станами в квантових точках AgInS2. Ключові слова: еліпсометрія, поверхневий плазмоний резонанс, благородний метал-діелектрик, графенове покриття, біомедичний сенсор, аморфні сплави, Раманівська спектроскопія, фотопровідність, фоточутливі пристрої, фотолюмінесценція, оптичні та електричні властивості, гібридні плівки.Kovanzhi P.O. Optical properties of thin metal amorphous films and coatings. - Qualification scientific work as a manuscript. Thes is for a Doctor of Philosophy Degree in the field of knowledge 10 «Natural Sciences» in specialty 104 «Physics and Astronomy». – Taras Shevchenko National University of Kyiv, Kyiv, 2024. In this work presents the development and analysis of high-performance plasmonic devices based on HfO2/Cu(Ag) structures with and without additional graphene monolayers. The study shows that the integration of graphene monolayers with HfO2/Cu(Ag) structures leads to a significant improvement in plasmonic properties, thermal and chemical stability compared to single-layer Ag or Cu films. High-quality Cu(Ag) films with the addition of a thin dielectric layer of graphene show improved dispersion properties and optical conductivity, supported by experimental data consistent with the Drude free electron model. This structure optimisation allows to effectively modify the electronic characteristics of the hybrid nanostructure, providing high quality surface plasmon resonances (SPR) and a longer plasmon polariton (SPP) propagation length. The obtained results indicate a significant potential of three-layer graphene/HfO2/Ag structures for biosensing applications. The influence of top coatings, in particular graphene, TiO2, and Al2O3, on the optical characteristics of thin layered structures based on Cu(Ag) is analysed. Using the methods of spectro-ellipsometry and spectro-reflectometry, it was determined that the introduction of these coatings significantly affects the ellipometric characteristics and reflectivity of the structures, which can be explained by the EMA theory. The study revealed a high sensitivity of the optical constants to changes in layer thickness and optical properties of the components. The influence of various factors on the optical and electronic properties on the surface of ribbons of amorphous nickel, iron alloys has been investigated. It has been found that the orientation of Ni78Si8B14 amorphous alloy ribbons in their own plane significantly affects their optical and electronic characteristics, in particular, the change in plasma and relaxation frequencies, which leads to a change in the ratio of the number of free electrons to their effective mass. Such changes are due to the presence of deformation and elastic stresses in the surface atomic structure caused by specific production conditions. The analysis of changes in the complex dielectric constants ε₁ and ε₂ indicates resonant interactions and absorption levels that depend on the energy and composition of the material, demonstrating the effect of Si and B addition on the electronic structure and optical properties of the alloys. In particular, an increase in Si content promotes metallic behaviour, while Cr causes a decrease in the refractive index and changes in absorption for Fe-based tapes, highlighting the link between chemical composition, electronic structure and optical properties. Additionally, the effect of melt temperature on the optical characteristics of Fe70Cr15B15 ribbons is investigated, revealing that an increase in temperature leads to a decrease in the scattering energy and plasma frequency, which can be explained by changes in the microstructure, affecting the density and mobility of free electrons. The methods of variable-angle spectroscopic ellipsometry and transmission spectroscopy were used to measure the complex optical constants of monolayers of two-dimensional materials, including transition metal dichalcogenides, such as MoS2, synthesised by chemical exfoliation. The obtained results made it possible to determine the optical conductivity and complex refractive indices of the studied monolayers, revealing differences from their bulk analogues, indicating the strengthening of electron-hole interactions in monolayer structures. The analysis of the absorption spectra of MoS2 monolayers revealed characteristic excitonic peaks A and B in the red part of the spectrum associated with transitions in the spin-orbit split bands at the K point of the Brillouin zone. A series of sharp peaks of higher energy indicating interband transitions were also found. The microFL spectra of multilayer 2D MoS2 flakes demonstrated bands corresponding to excitons A and B with a splitting dependent on the number of monolayers and temperature. Experimental data on the temperature dependence of the FL indicate a red shift and a decrease in intensity with increasing temperature due to thermally activated radiation-free recombination. The effect of using nanostructured gold films on the photoelectric conversion efficiency and stability of the states of non-equilibrium charge carriers in photodetectors based on ITO-pSi heterostructures has been investigated. It was found that the nanostructured gold films are able to extend the lifetime of non-equilibrium charge carriers, thereby improving the durability of the device compared to the traditional ITO structure. The study also showed that the excitation of surface plasmons on gold films contributes to local amplification of the effects, which leads to an increase in photovoltaic efficiency. In addition, photosensitive devices using hybrid 2D-QD MoS2-AgInS2 films created by mechanically moving individual MoS2 flakes onto a surface with AgInS2 quantum dots were developed. These devices demonstrated high photosensitivity under both steady and modulated light excitation at different temperatures. During continuous light excitation, a significant increase in photoconductivity was observed due to the efficient movement of photoinduced charge carriers in MoS2 flakes and their repeated passage through the electric circuit, while holes were captured by deep states in AgInS2 quantum dots. Keywords: ellipsometry, surface plasmon resonance, noble metal-dielectric, graphene coating, biomedical sensor, amorphous alloys, Raman specroscopy, photoconductivity, photosensitive devices, photoluminescence, optical and electrical properties, hybrid films.ukеліпсометріяповерхневий плазмоний резонансблагородний метал-діелектрикграфенове покриттябіомедичний сенсораморфні сплавиРаманівська спектроскопіяфотопровідністьфоточутливі пристроїфотолюмінесценціяоптичні та електричні властивостігібридні плівки.ellipsometrysurface plasmon resonancenoble metal-dielectricgraphene coatingbiomedical sensoramorphous alloysRaman specroscopyphotoconductivityphotosensitive devicesphotoluminescenceoptical and electrical propertieshybrid films.Дисертація