Academia de Ştiinţe a Moldovei

Societatea Fizicienilor din Moldova Institutul de Fizică Aplicată al AŞM

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale AŞM

Universitatea de Stat a Moldovei Universitatea Tehnică a Moldovei Universitatea de Stat din Tiraspol

CONFERINŢA FIZICIENILOR DIN MOLDOVA

CFM -2007

REZUMATE ABSTRACTS

CHIŞINĂU, R.MOLDOVA

11 – 12 OCTOMBRIE 2007

CFM -2007

Suport financiar Societatea Europeană de Fizică

Institutul de Fizică, Marea Britanie

1

Conferinţa Fizicienilor din Moldova (CFM-2007) cu participare internaţională continuă seria de Conferinţe iniţiate în anul 2005 şi este organizată de Societatea Fizicienilor din Moldova ca membru colectiv al Societăţii Europene de Fizică, Institutele cu profilul de Fizică ale Academiei de Ştiinţe a Moldovei şi Universităţile din R.Moldova. Conferinţa va evidenţia şi discuta probleme actuale din fizică pe plan mondial şi intern, va încuraja contactele ştiinţifice şi cunoaşterea reciprocă a activităţii membrilor Societăţii Fizicienilor din Moldova şi fizicienilor din străinătate, va promova relaţiile între oamenii de ştiinţă, cultură, din învăţământ şi diferite domenii ale economiei naţionale. Vor fi reliefate direcţiile majore de cercetare din universităţi şi instituţiile de cercetare. Se va acorda o atenţie deosebită aspectelor aplicative ale fizicii şi a interacţiunii cu industria, energetica, informatica, protecţia mediului ambiant, medicina şi alte domenii.

CFM-2007 este consacrată aniversărilor de 60 ani de la descoperirea tranzistorului şi 50 ani de la elaborarea teoriei supraconductivităţi .

În cadrul CFM-2007 sunt organizate: Simpozionul “Problemele fizicii teoretice a stării condensate”, dedicat aniversării 90 ani de la naşterea ilustrului fizician din R.Moldova, profesor universitar, membru correspondent AŞM Iurii PERLIN. Simpozionul “Rezonanţa magnetică în medii condensate”, dedicat aniversării 70 ani de la naşterea cunoscutului fizician moldovean, profesor universitar, membru correspondent AŞM Ion GERU.

Responsabilitatea asupra continutului rezumatelor revine în exclusivitate autorilor

Copyright Societatea Fizicienilor din Moldova

2

Comitetul Ştiinţific Onorific Gh.Duca (Moldova) F. Wagner (Germania) L.V. Keldysh (Rusia) I.Bostan (Moldova) G.Rusnac (Moldova) A.Calboreanu (România) A.Andrieş (Moldova) E. Aruşanov (Moldova) V.Litovchenko(Ukraina) M.Bologa (Moldova) V. Batrânac-Moldovan (Moldova) P.Melvill (Anglia) D.Ghiţu (Moldova) A.Drumea (Moldova) V.Mamaliga (Moldova) S.Moscalenco (Moldova) V.Moscalenco (Moldova) N.Filip (Moldova) A.Simaşchevici (Moldova) E.Pocotilov (Moldova) V.Postolati (Moldova) T.Şişianu (Moldova) I.Diaconu (Moldova) S. Dimitrache(Moldova) V.Musteaţă(Moldova) A.Dicusar(Moldova) E.Livovschi (Moldova)

Comitetul de organizare:

Co-preşedinti: V.Canţer, I.Tighineanu Vice-preşedinţi: L.Culiuc, D.Ghiţu,V.Dorogan, P.Gaugaş, I.Geru, E.Plohotniuc Seretari Ştiinţifici: E.Condrea, O.Şikimaka Membri: E.Pasinkovschi, S.Railean, L.Konopko, G.Conunov, V.Alcaz, V.Berzan, P.Gaşin, I.Balmuş, B.Corolevschi, E.Rusu, V.Şontea, E.Georghiţă, V.Guţan,V.Ciornea, O.Şikimaka, M.Iovu, I.Evtodiev, I.Postolachi Comitetul de program: Domeniul Grupul de Responsabili Fizica stării condensate L.Culiuc, V.Moscalenco, P.Hadji, A.Sidorenko, D.Digor,

V.Ţurcan, D.Grabco, T.Munteanu, A.Casian, D.Nedeoglo Problemele Fizicii Teoretice a Stării Condensate

S.Moscalenco, E. Pocotilov, M.Palistrant, N.Enache, I.Geru, V.Gamurari, M.Vladimir, D.Digor, I.Belousov, C.Gudima

Fizica şi Ingineria Materialelor

I.Tighineanu, A.Andrieş, E.Aruşanov, Iu.Simonov, M.Iovu, N.Popovici, N.Sîrbu, P.Bodiul, E.Rusu, M.Caraman, A.Nicorici, D.Meglei

Fizica şi Tehnologiile Moderne

V.Canţer, T.Şişianu,V.Dorogan, V.Stan, V.Cheibaş, E.Badinter, S.Andronic, G.Korotcenkov, A.Nicolaev, V.Ursachi

Ingineriea Fizică şi Echipamente Tehnice

M.Bologa, A.Dicusar, S. Dimitrache, A. Lupaşco, S.Băncilă, D.Ţiuleanu, P.Dumitraş, E.Pasinkovschi, E.Plohotniuc

Tehnologii Fizice în Energetică

A.Simaşchevici ,V.Postolati, D.Şerban, V.Musteaţă, I.Stratan, V.Arion, V.Berzan, V.Trofim,

Fizica computatională şi Informatica

N.Balmuş, V.Şontea, A.Popescu , V.Beşliu V. Driuma, D.Nedeoglo, V.Enache

Fizica si Învatamântul P.Todos, P.Gaşin, N.Filip , V.Guţan, V.Bocancea, I.Holban, A.Marinciuc,M.Marinciuc E.Georghiţă, L.Gorceac, S.Rusu, Iu.Malcoci, V.Nicorici, I.Balmuş, I.Postolachi, Ş.Tiron, V.Cheptea,I.Evtodiev, V.Păgânu

Geofizica, Fizica Atmosferei şi Mediului

A.Drumea, V.Alcaz, A.Aculinin, E.Zasaviţchi

Metode şi Echipamente Fizice în Medicină şi Biologie

D.Ghiţu, A.Rotaru, Iu.Nica, I.Diaconu, V.Rudenko

3

CUPRINS Photoluminescence Properties of CdTe Quantum Dots Korbutyak D. V., Kalytchuk S. M., Shcherbak L. P., Feychuk P. I.

13

TOPOLOGIA SUPRAFEŢEI FERMI ŞI SUPRACONDUCTIBILITATEA INTERFEŢELOR CRISTALINE DE Bi ŞI ALIAJE Bi-Sb DE TIP ÎNCLINARE F.Munteanu, V.G.Chistol

14

Electron and Hole States in the Quantum Dot Supra-Crystals Denis L. Nika, Evghenii P. Pokatilov, Qinghui Shao and Alexander A. Balandin

15

Development of the valence force field model for the phonons in planar nanoheterostructures Evghenii P. Pocotilov, Artur S. Askerov and Denis L. Nika

16

Electron and hole states in Si quantum dots imbedded into dielectric medium: Role of the quantum dot shape and size Denis Nika, Evghenii Pokatilov, Calina Isacova and Victor Timoshenko

17

OBŢINEREA STRATURILOR SUBŢIRI CdxMn1-xTe ŞI STUDIUL PARAMETRII LOR P. Gaşin, S. Meteliţa, V. Nicorici, P. Chetruş, A. Nicorici

18

Influenţa condiţiilor de sinterizare şi a dopărilor asupra coeficienţilor de magnetostricţiune a feritelor de cobalt Ovidiu Florin Călţun

19

CÂT DE MAGNETIC POATE FI UN FLUID MAGNETIC? CHIORAN VIORICA, MICU FLORINELA

20

REPULSIA STERICĂ A FEROFLUIDELOR CHIORAN VIORICA, MICU FLORINELA

22

Optical characterization of tungsten disulfide single crystals A. Colev, C. Gherman, D. Dumcenco

23

COLLECTIVE RESONANCE FLUORESCENCE OF EXTENDED SYSTEMS OF COLD RADIATORS IN INTERACTION WITH RESONATOR STANDING WAVE Elena GALEAMOV

24

Fotodetectori de raze ultraviolete în baza monocristalelor de ZnSe L. Gagara, P. Gaşin

25

STUDIUL UNOR CARACTERISTICI DE BAZĂ ALE TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂ CONSTRÂNSE Dan-Alexandru Iordache , Viorica Iordache

26

SOME OPTICAL PROPERTIES OF CdO/Cd1-XMnXTe (x=0,37) STRUCTURES Iuliana Caraman, G. Lazar, M. Caraman, M. Stamate, Iulia Lazar

28

Efectul de comutare al forţei termoelectromotoare în firele de bismut şi aliajele lui cu staniu Konopko L.A., Bodiul P.P., Bondarciuc N.F., Ţurcan A.C.

29

The plasma oscillations in the two-dimensional electron-hole systems S.A.Moskalenko, M.A.Liberman, E.V.Dumanov, A.G.Stefan and M.I.Shmiglyuk

30

4

TOPOLOGIA SUPRAFEŢEI FERMI ŞI SUPRACONDUCTIBILITATEA INTERFEŢELOR CRISTALINE DE Bi ŞI ALIAJELE Bi-Sb DE TIP ÎNCLINARE F.M.Munteanu, V.G.Chistol

31

Proprietăţile firelor monocristaline de Bi-Sn cu axa C3 orientată în lungul fibrei Nikolaeva A.A., Moloşnic E.F., Para G., Vieru S., Botnari O

32

Auger optical quantum transitions with participation of two-dimensional magnetoexcitons and free electrons S. Moskalenko, I. Podlesny, S. Russu and E. Kiselyova

33

Proprietăţile termoelectrice ale firelor subţiri de Bi0.95Sb0.05 şi Bi0.92Sb0.08 Popov I. A.

34

New Phenomena in Gallium Phosphide Sergei L. Pyshkin

35

Proprietăţile fotoelectrice ale heterojoncţiunilor ZnTe–CdSe, componente ale detectorilor de raze ionizante P. Gaşin, C. Rotaru

36

Carrier multiplication in quantum dots. Mechanism similar with packeting balls and alternative Raman scattering phenomena Sveatoslav Moskalenko, Igor Dobinda, Angela Stefan, Vladimir Pavlenko and Igor Lelyakov

37

Nonlinear transmission and reflection of supershort light pulses by thin semiconductor films in exciton range of spectrum P.I. Khadzhi, I.V. Belousov, D.A. Markov, A.V. Corovai

38

AREA THEOREMS FOR PROCESS OF PROPAGATION OF ULTRASHORT LASER PULSES IN SEMICONDUCTOR COUPLERS P.I. Khadzhi, O.V. Korovai

39

The phenomenon of Raman atom-molecule conversion in Bose-Einstein condensate P.I. Khadzhi, D.V. Tkachenko

40

Phenomenon of single-pulse two-photon nutation of coherent biexcitons in semiconductors P.I. Khadzhi, V.V. Vasiliev

41

PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF SHOTTKY STRUCTURES BASED ON CDP2 AND ZNP2 CRYSTALS Stamov I. G., Tkachenko D.V.

42

Peculiarities of the linear propagation of light in semi-infinite fibre arrays P.I. Khadzhi, K.D. Lyakhomskaya

43

Reflectivity of front end a semi-infinite semiconductor under conditions of two-photon excitation of biexcitons L.Yu. Nad`kin, K.D. Lyakhomskaya P.I. Khadzhi

44

Thermoelectric properties of bismuth telluride nanowires in constant relaxation time approximation I.M. Bejenari

45

Carcteristicile spectrale ale absorbţie suprafeţelor negre de bismut, stibiu şi telur cu un singur strat şi cu mai multe straturi

46

5

N.F.Bondarciuc

Mecanismul fizic al gravitaţiei cuantice reactive Mihail Gonţa

47

A novel diagrammatic technique for the single-site Anderson Model. V. A. Moskalenko, P. Entel, D. F. Digor, L. A. Dohotaru and R. Citro

48

Proprietăţile magnetice ale supraconductorilor de genul doi cu spectrul energetic anizotropic. Cazul MgB2. M.E Palistrant, V.A. Ursu

49

DETERMINAREA VISCOZITĂŢII LICHIDELOR ÎN FUNCŢIE DE TEMPERATURĂ B. Korolevski, E. Popescu, L. Comerzan

50

DETERMINAREA COEFICIENTULUI MECANISMULUI DE ÎMPRĂŞTIERE AL PURTĂTORILOR DE SARCINĂ ÎN MATERIALELE TERMOELECTRICE L. Comerzan

51

INTERACŢIUNEA DONOR-ACCEPTOR ÎN ANTIMONIDUL DE GALIU DOPAT CU FIER Eugen Gheorghiţă, Leonid Guţuleac

52

Resonance Energy Transfer in Multipolar Approximation. Visarion Y.Gamurar, Viorel N. Enachi, and Denis A. Dotenco

53

A VIBRONIC MODEL FOR ABSORPTION SPECTRA OF Cr2+ IONS IN CdSe0.6S0.4 O. Reu, S. Ostrovsky, A. Palii , E. Towe, S.Klokishner

54

Semiempirical Calculations of the Vibronic Coupling Parameters for ZnAl2S4 and CdIn2S4 Crystals Doped with Divalent and Trivalent Chromium Ions S.I.Klokishner, O.S.Reu, A.V.Palii, S.M.Ostrovsky, L.L.Kulyuk, B.S.Tsukerblat, E.Towe

55

Optical, sensitometric and holographic properties of photoresists based on sulfur-containing carbazole oligomers Bivol V., Meshalkin A., Prisacar A., Vlad L., Robu S.

56

Fotoluminescenţa cristalelor de GaS şi GaSe dopate cu Mn Igor EVTODIEV, Elmira CUCULESCU, Iuliana CARAMAN

57

Unele proprietăţi optice ale cristalelor de GaSe dopate cu elemente din grupa I (Li şi K) Mihail CARAMAN, Igor EVTODIEV, Elmira CUCULESCU

58

Haloinhalatorul individual. Construcţia şi caracteristicile aerosolului V.Serditov, V Usenco

59

COAGULATOARE PLASMICE: CONSTRUCŢIA ŞI CARACTERISTICILE LOR V.Usenco

60

Особенности массопереноса материала в условиях интенсивной пластической деформации D. Grabco, S. Alexandrov, O. Shikimaka, E. Harea, D. Vilotic

61

6

Calculation of the optical constants of non-crystalline semiconductors D.Harea, M.Iovu, E.Colomeico

62

Proprietăţile electrice şi fotoelectrice a heterostructurilor n-Si/fullerit C60 şi p-Si/fullerit C60 D.Spoială, V.Jeru ,V.Prilepov

63

LIGHT TRANSMISSION OF GLASSY SAMPLES As2S3 IN INFRA-RED AREA OF SPECTRUM I.V.Lysy, O.V.Stronski, Ts.A.Kryskov

64

OPTICAL ABSORPTION OF THIN FILMS SULFIDES AND SELENIDES OF GALLIUM Levitskyi S.M., Vlasenko O.I., Kryskov A.A., Kysselyuk M.P., Bojko M

65

HIGH MAGNETORESISTANCE IN INHOMOGENEOUS BISMUTH MICROWIRES Meglei D., Kantser V., Dantu M., Rusu A., Donu S.

66

OBŢINEREA STRATURILOR EPITAXIALE OMOGENE CdS PE SUPORTURI InP ÎN HIDROGEN PRIN METODA ZONALĂ Simion RAEVSCHI, Leonid GORCEAC, Petru GAUGAŞ, Vasile BOTNARIUC

67

68 Mecanisme de recombinaţie în straturi subţiri de CdSe

P. Gaşin, M. Caraman, C. Rotaru

69 n+ITO/SiO2/nSI/n+Si BIFACIAL SOLAR CELLS D.Sherban, A.Simashkevich, L.Bruk, E.Bobeico, P.Morvillo, Iu.Usatii

PHOTOELECTRICAL PROPERTIES OF nITO-pInP SOLAR CELLS ANNEALED IN H2 ATMOSPHERE A.Simashkevich, D.Sherban, L.Gorceac, L.Bruk, A.Coval, Iu.Usatii

70

Fenomenele de electro- şi termodifuzie a cuprului în structuri sandwich de tip Cu/fullerit C60/Cu D.Spoială, I.Dihor, Z.Ghilan

71

ELECTRON- STRUCTURE FEATURES OF THE THIN FILM SPIRAL CONSISTING OF MONOLAYER SI AND GE: AB INITIO CALCULATION

R. M. Balabay, E.Yu. Chernonog, D. V. Ryabchikov

73

Pelicule subţiri din compus amorf As2(Sx Se1-x)3 depuse din soluţii chimice: fotosensibilitatea şi proprietăţile optice S.A. Buzurniuc, A. Prisacari, V.I. Verlan

74

Sensori cu fibră optică pentru înregistrarea deformaţiilor şi presiunii A.M.Andrieş, I.P.Culeac, M.S.Iovu, I.H.Nistor

75

SYSTEMS OF HOLOGRAPHIC NONDESTRUCTIVE CONTROL ON THE BASIS OF CHALCOGENIDE VITREOUS SEMICONDUCTORS . Andrian Nastas, Andrei Andries, Valeriu Bivol, Ivan Slepnev, Alexandr Prisacar

77

Electrical properties of Al-doped ZnSe single crystals D. D. Nedeoglo, N. D. Negeoglo, V. P. Sirkeli, I.M. Tiginyanu, and V.V. Ursaki

78

7

Technology of obtaining of ZnSe single crystals with a low dislocation density G.V. Colibaba, D.D. Nedeoglo

80

The influence of electron-deformation interaction on formation n-n+ junctions in three-layers heterosystems with self-assembled point defects R.M.Peleshchak, O.V.Kuzyk

81

Dependence of baric coefficient of the material of InAs quantum dot upon its size R.M.Peleshchak, O.O.Dan’kiv, V.P.Tupychak, D.D.Shuptar

82

Phonon Confinement Effects on the Thermal Conductivity of the Semiconductor Nanowires and Quantum Dots Superlattices Nadejda D. Zincenco, Denis L. Nika, Evghenii P. Pokatilov and Alexander A. Balandin

83

PROPRIETĂŢÍLE TERMOELECTRICE ALE MONOCRISTALELOR DE PbTe:Gd A.V. Nicorici, A. V. Todosiciuc

84

85 Characterization of CuGa3Se5 and CuGa5Se8 single crystals by optical SHG

Buinitskaya G., Gherman C., Mirovitskii V.

Electronic thermal conductivity of quasi-one-dimensional organic crystals A. Casian, I. Balmus, R. Dusciac and V. Dusciac

86

Proprietăţile optice şi luminescente ale cristalelor ZnSe:Cr L.L.Culuc, O.V. Kulicova, D.D.Nedeoglo, I.V.Radevici, A.V.Siminel, V.P.Sirkeli, K.D.Suşchevici

87

MAGNETOTHERMOPOWER PECULIARITIES OF STRAINED BISMUTH WIRES Elena Condrea and Jos A A J Perenboom

88

Efectul microbulelor electrolitice asupra curgerii cavitaţionale peste un sistem de corpuri T. Cuciuc, M. Bologa, P. Dumitraş

89

Photoluminescence and EPR studies of manganese doped ZnSe crystals D.D.Nedeoglo, V.P.Sirkeli, R.L.Sobolevskaia, K.D.Sushkevich, A.V.Kovalenko, S.A.Omelchenko, O.V.Hmelenko

90

NUMERICAL ANALYSIS OF THE NON-COOLED THERMOELECTRIC INFRA-RED SENSORS Kerner Ia.I.

91

The modeling of the surface configuration of the film metal conglomerations during the laser-induced precipitation from gas phase. A.V. Nedolya, I.N. Titov, I.G. Velichko

92

Electrical properties of metal-filled nanocomposites V. V. Novikov, K.А. Nezhevenko

93

The influence of electron-deformation interaction on formation n-n+ junctions in three-layers heterosystems with self-assembled point defects R.M.Peleshchak, O.V.Kuzyk

94

8

INVESTIGAŢII EXPERIMENTALE ASUPRA STRUCTURII ŞI MORFOLOGIEI SUPRAFEŢEI STRATURILOR SUBŢIRI DE ZnSe Mihail POPA, G.I. Rusu

95

Influence of the plasmonic effect on the power characteristics of nonlinear photonic crystals Tikhanovich V. U., Manak I. S., Ushakov D.V.

96

Calculation of the emission spectra of the quantum cascade superlattice structures Ushakov D.V., Manak I. S.

97

98 Generator de radiaţie infraroşie pentru utilizare în agricultură Filip Boris

99 Procedee tehnologice noi şi echipament de procesare a materiei prime aromatice cu consum redus de energie termică Filip Boris

100In2O3-based solid state ozone sensors: What determines their parameters?

G. Korotcenkov, I. Blinov, V. Brinzari, M. Ivanov

101Caracteristicile de încleiere a flotelor din amidon la acţiunea cavitaţiei ultrasonore P.Dumitraş, M.Bologa, D.Liuţe

102Dezintegrarea nanometrică a bentonitei prin metoda cavitaţională P.Dumitraş, M.Bologa, T.Cuciuc

103ABOUT THE FOUNDATIONS OF MODELLING METHODS OF INTERACTION PROCESSES BETWEEN FLUID MEDIA AND FORCE FIELDS A.V.Malakhov

TECHNOLOGICAL POWER CONVERTERS WITH NATURAL LIMITATION OF SHORT-CIRCUIT OVERLOADS Alexander Penin

104

105Sesizorul electronic pentru măsurarea presiunii excedentare TP-12E.

V.Smîslov, V. Iacunin, E. Scutelnic

106LASER SYSTEM FOR THE STUDY OF THE KINETICS OF THE DYNAMICS PROCESSES AT SOLID/LIQUID INTERFACE Radu Todoran, Daniela Todoran, Josiph Sharkany

Particularităţile fracţionării produselor lactate secundare prin metode electrofizice M. Bologa, E. Sprincean, A. Policarpov, A. Bologa

107

Influenţa parametrilor interstiţiului asupra caracteristicilor pompei electrohidrodinamice M. Bologa, I. Cojevnicov

108

Despre mecanismul intensificării transferului de căldură la fierbere în câmp electric O.Mardarschi, M. Bologa

109

Electrizarea mediilor fluide dielectrice sub acţiunea câmpului electrostatic T.Grosu, M. Bologa

110

Nanostructured metal oxide by chemical deposition for CO2 gas sensor applications 111

9

O. Lupan, S. Shishiyanu, T. Shishiyanu, V. Şontea, S. Railean

112RESEARCH OF POLYCRYSTAL THIN FILMS CuInS2 GOT THE METHOD OF SPRAING Gorley P.M., Orlezkiy I.H., Tymkiv O.M., Kryskov Ts.A.

113THE STUDY OF A PARABOLOIDAL OPTICAL CONCENTRATOR BY RAY-TRACING

METHOD: FOUNDATIONS Ioan LUMINOSU, Ioan ZAHARIE, Darius IGNEA

THE STUDY OF A PARABOLOIDAL OPTICAL CONCENTRATOR BY RAY-TRACING

METHOD: RESULTS Ioan ZAHARIE, Ioan LUMINOSU, Darius IGNEA

114

115RENEWABLE BIOFUEL SOURCES IN COGENERATION TECHNOLOGIES

Alexandr Bologa

Comutarea cheilor de putere în stabilizatorul de curent alternativ Iurie Sainsus

116

118BUILDING GRID INFRASTRUCTURE OF MOLDOVA FOR PHYSICAL APPLICATIONS AND USERS A. Altuhov, P. Bogatencov, V.Pocotilenco, V. Sidorenco, M. Baznat, K. Gudima

120ANALIZA CARACTERISTICILOR DIODELOR LASER CU AJUTORUL

PROGRAMULUI SimWindows Vera Morozov, Anatol Mitioglu

122ON A QUANTUM HYDRODYNAMIC MODEL FOR THE PHOTOVOLTAIC CELLS

Romeo NEGREA, Ioan ZAHARIE, Viorel CHIRIŢOIU, Bogdan CĂRUNTU

123NUMERICAL STUDY OF QUANTUM HYDRODINAMIC MODEL FOR SEMICONDUCTORS Viorel CHIRIŢOIU, Ioan ZAHARIE, Romeo NEGREA, Bogdan CĂRUNTU

124The effects of the magnetostatic interaction field on the ferromagnetic resonance condition in

magnetic nanowires systems I. Dumitru O. Caltun and A. Stancu

125TWO BEAMS DUMB-BELL UNDULATOR ANALOG MODEL

S. Micloş, M. I. Rusu, V. I. R. Niculescu, D. Tenciu, V. Savu, L. Giurgiu

126Elemente de cercetare în experienţele efectuate cu ajutorul trusei de mecanică asistate de

calculator A.Rusu, C.Pîrţac, S.Rusu

128Rolul experimentului demonstrativ în eficientizarea procesului de predare-învăţare a fizicii Maria DUCA, Eugen Gheorghiţă

129Folosirea schemelor funcţionale în cadrul predării electrotehnicii Valeriu Abramciuc

131MIJLOACE DE INVATAMANT VECHI SI NOI UTILIZATE IN LABORATORUL DE FIZICA

10

CHIORAN VIORICA MICU FLORINELA

133TRATAREA SISTEMICĂ A CONŢINUTURILOR CHIORAN VIORICA MICU FLORINELA

135Un proiect transfrontalier: Armononizarea sistemelor de evaluare şi evaluarea centrată pe competenţele elevilor Ovidiu Florin Călţun

136Avem soluţii de a contracara lipsa de interes a tinerilor pentru fizică?

Ovidiu Călţun

137O altă posibilitate de demonstrare a formulei lentilei subţiri Eugen Gheorghiţă, Pantelei Untilă, Vasile Spînu

138OPINII PRIVIND CONŢINUTUL MANUALELOR DE FIZICĂ DESTINATE SECOLULUI XXI Dan-Alexandru Iordache

140Experimentul de laborator cu caracter de cercetare în cursul liceal de fizică

Vasile Spînu

141CONSIDERAŢII PRIVIND ŞCOLARIZAREA ÎN ÎNVĂŢĂMÂNTUL PREUNIVERSITAR Iulia Malcoci

142ŞCOALA, SOCIETATEA, ORGANELE DE DECIZIE ŞI FIECARE DIN NOI Iulia Malcoci

144SOLAR RADIANCE MEASUREMENTS DURING 22o CIRCULAR HALO OBSERVATIONS IN KISHINEV ON MAY 21, 2007 A.Aculinin, G.Gilca

146TOTAL OZONE CONTENT IN ATMOSPHERE COLUMN AT THE KISHINEV SITE:

COMPARISON WITH THE EP TOMS AND AURA OMI OZONE RETRIEVALS A.Aculinin, V.Smicov

148Estimarea dinamicii spaţiale şi temporale a carierei de gips Criva folosind imaginile

teledistanţate de rezoluţie moderată Sergiu Budeşteanu

149Influienţa concentraţiilor de aluviuni asupra cinematicii curgerilor de ape pluviale de pantă

cu suspensii. О.N. Meliniciuc, N.А. Аrnaut

151THERMOELECTRODE MATERIAL FOR LOW TEMPERATURE THERMOCOUPLE

ZASAVITSKY E. A

152АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛНОРАЗМЕРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ Ким Н.С., Стасенко В.Н, Гараба И.А., Засавицкий Е.А

153Studiul experimental al minimului funcţiei ( )tPES

Valeriu Abramciuc

154STUDIUL INFLUENŢEI CONDIŢIILOR LOCALE DE TEREN PRIN MODELĂRI NUMERICE V. Alkaz, I. Isiciko

11

155The analysis of self-descriptiveness of possible seismological precursors of earthquakes for

Vrancea zone. V. Ginsari

156МАЛЫЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛНОРАЗМЕРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ Ким Н.С., Стасенко В.Н., Гараба И.А., Засавицкий Е.А

Morfostructura inelară Sud Ucraineană şi reliefarea ei în cîmpurile geofizice şi a reliefului Leonid Romanov, Vasile Neaga, Victor Grebenşcicov 158

159UNELE PARTICULARITĂŢI LA TRATAREA PREVENTIVĂ A STRUGURILOR ZDROBIŢI ÎN VINIFICAREA PRIMARĂ V. Ciobanu, A. Papcenco

161INSTALAŢIE PENTRU ELECTROPLASMOLIZA MATERIEI PRIME VEGETALE CU

CÂMP ELECTRIC ROTATIV V.Ciobanu, V.Bordeianu, A.Papcenco, M.Bologa, S.Berzoi

163Analiza posibilităţilor de micşorare a energiei de consum specifice la producerea aperitivelor

din conserve de legume Popova Natalia

165Electroplasmoliza în tehnologia extragerii sucului din poamă

Papcenco Andrei, Ciobanu Vasilii, Popova Natalia

167ANALIZA CAPACITĂŢII ŞI REZISTENŢEI MEMBRANELOR CELULARE Stanislav Grosu, Vitalie Zapşa, Vasile Ciobanu

169STUDIUL UNOR MODELE DE SIMILITUDINE ALE FENOMENELOR DE CREŞTERE, RESPECTIV ACOMODARE Pier Paolo Delsanto, Radu Dobrescu, Dan-Alexandru Iordache şi Viorica Iordache

171PERFECTIONAREA ETAPEI ELIMINARII APEI LIBERE IN PROCESUL DE DESHIDRATARE A PRODUSELOR TERMOLABILE LA TEMPERATURI JOASE Iurie Boşneaga, Mircea Bologa

Dynamic Lattice Model for Quantum Heterowires

Nadejda Zincenco, Denis Nika, Evghenii Pokatilov

173

Grupuri neabeleane de simetrie şi comportarea sistemelor cu spin total semiîntreg în raport

cu reversarea timpului

I.I. Geru

174

MODUL ELECTRONIC ANALG-DIGITAL PENTRU CITIREA ŞI PRELUCRAREA INFORMAŢIEI SISTEMELOR TEHNICE Boldureanu Dumitru, Igor Evtodie

175

Determinarea benzii energetice iterzise pentru straturi subţiri semiconductoare Buza Victor, Igor Evtodiev

176

12

Utilizarea tehnologiei OpenGL la modelarea proceselor fizice periodice Maftuleac Liviu, Radu Zelinski, Igor Evtodiev

178

Fizica şi Ingineria în Soluţionarea Problemelor Energeticii V.Canţer

179

Surface polaritons on metallic and semiconducting elliptical nanocylinders: A complex angular momentum analysis E.Curmei, V. Kantser

180

Deposition of Nickel films by TVA

C.C.Surdu-Bob, C.Iacob, M.Badulescu, C.P.Lungu, C.Georgescu

181

CONSIDERAŢII PRIVIND FENOMENE ELECTRICE IN ATMOSFERĂ T. GROSU

182

Stări de Cuantificare Dimensională în Gropi Cuantice Parabolice Finite V. Canţer , I. Socolenco

183

Interacţiunea de Imagiere în Nanostructuri Duble de Configuraţie Sferică şi Cilindrică V. Canţer , I. Cebotari

184

13

Photoluminescence Properties of CdTe Quantum Dots Korbutyak D. V.1, Kalytchuk S. M.1, Shcherbak L. P.2, Feychuk P. I.2

1V.E.Lashkarev Institute of Semiconductor Physics, National Academy of Sciences of Ukraine, 45 Prospekt Nauki, Kiev 03028, Ukraine

Phone: +38(044)525-59-44, Fax: +38(044)525-63-91, E-mail: div47@isp.kiev.ua 2Yu. Fed’kovych Chernivtsi National University,

2 Kotsyubinskoho Str., Chernivtsi 58012, Ukraine Phone: +38(0372)58-47-06, E-mail: shcherba@chnu.cv.ua

Because of their unique optical properties caused by a quantum-dimensional effect and relatively simple

synthesis technology, II-VI semiconductor nanocrystals (NCs) synthesized using colloidal chemistry technique are of significant interest both for fundamental investigations of quasi-zero structures and for applications in optoelectronics, biotechnology, and medicine.

The investigations of photoluminescence (PL) properties of II-VI NCs grown in various media at different technological regimes is an important and topical problem. In this work, studies have been carried out on the peculiarities of PL spectra and optical absorption for quantum dots (QDs) of CdTe synthesized in aqueous colloidal solutions as well as of those embedded after synthesis into a polymeric matrix of polydialdiamineammonium chloride (PDDA).

For the synthesis of CdTe NCs, the following reagents were used: CdI2 ch. p., thioglycolic acid 98+% Aldrich, L-cysteine 99.2+% (Sfera Sim); 0.1 M NaOH p.; 0.1 М solution of НCl p.; tellurium of grade ТV-4; deionized water with the specific resistance of 18 MOhm.

The synthesis of CdTe QDs is based on the interaction between Cd2+ and Te2- ions in an alcaline medium in the presence of thioglycolic acid (TGA) or L-cysteine (L-cys) as a passivator. CdTe NCs stabilized by TGA or L-cys show rather good performance, as high reproducibility, high quantum efficiency (QE), high photochemical stability, etc.

A set of syntheses with various reagent concentrations has been carried out for our investigations: [Cd2+] = 0.001 mol/l, [Te2-] = 0.00025 mol/l, pH = 12.0–12.3 and [TGA] + [L-cysteine] = 0.024 mol/l (sample TC1: 100% TGA, 0% L-cys; sample TC3: 50% TGA, 50% L-cys; sample TC5: 0% TGA, 100% L-cys). The source of tellurium anions was tellurium-hydrogen obtained by an electrochemical method and as an inert atmosphere argon was used. To increase stability, the solutions have been thermally treated on a boiling water bath for an hour.

The deposition of CdTe QDs films on a polymeric matrix has been carried out by a subsequent immersing of the glass substrate for 5 min in a 2% solution of PDDA with pH = 6.4, rinsing in deionized water for 3 min, and leaving it in the synthesized solution of nanoparticles for 10 min with a further rinsing in deionized water for 3 min. Then the whole cycle has been repeated to obtain 30 layers.

The PL spectra of all the samples studied clearly show one relatively narrow band in the spectral range of 2.0 to 2.6 eV, which is caused by the recombination of excitons in NCs. We have estimated average sizes of CdTe NCs using a simplified model and considering that size distribution of NCs is described by a Gaussian function, the location of the absorption band maximum is determined by the average radius of an NC, and its halfwidth characterizes NC size dispersion. As a result, the average values for QD diameters have been obtained from 1.8 to 3.1 nm. A characteristic feature of PL spectra for colloidal solutions of CdTe QDs is a substantial shift of the PL band from 2.36 eV (for a TGA-passivator) to 2.14 eV (for an L-cys-passivator). In this case, the Stokes shift decreases from 0.20 eV to 0.17 eV, that is explained by a reduction in the electron-phonon coupling. In the case of a mixture of TGA and L-cys passivators, intermediate energy values of the PL band location and the Stokes shift are observed. The Huang-Rhis factor, S, characterizing the degree of the electron-phonon coupling is determined from the formula: ∆Est = 2S·ħωLO, and by QD sizes decreasing from 3.1 nm to 1.8 nm it increases from 4.0 to 4.7.

Embedding of CdTe QDs into a PDDA matrix leads to a minor (~0.06 eV) shift of the PL band towards a short-wave region, to its narrowing indicating smaller dispersion of NC sizes, and to a sharp increase of the Stokes shift (~3 times).

The revealed features of the PL spectra, optical absorption, and the Stokes shift are explained by the influence of the nature (structure) of a passivator on the CdTe QD growth process and the ambient polarization on the exciton transfers in the QDs investigated.

14

TOPOLOGIA SUPRAFEŢEI FERMI ŞI SUPRACONDUCTIBILITATEA INTERFEŢELOR CRISTALINE DE Bi ŞI ALIAJE Bi-Sb DE TIP ÎNCLINARE

F.Munteanu, V.G.Chistol

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale al ASM, Chişinău, Moldova

Universitatea tehnică a Moldovei , Chişinău, Moldova

Interfaţa cristalină (IC) a bicristalelor adesea joacă un rol dominant în manifestarea unor anomalii ale

proprietăţilor fizice determinate de schimbările produse în spectrele fononice şi caracteristicele reţelei cristaline,

precum şi de restructurarea spectrului energetic al purtătorilor de sarcină. Recent în [1,2] au fost depistate

importante modificări ale formei, elongaţiei şi volumului suprafeţei Fermi (SF) la interfaţa supraconductibilă a

bicristalelor de Bi de tip torsionare, care de rând cu schimbările spectrelor fononice stimulează corelarea perechilor

electronice.

În raport se elucidează partcularităţile evoluţiei topologiei SF şi conexiunile lor cu supraconductibilitatea

interfeţelor bicristalelor de Bi şi aliaje Bi-Sb (pure sau dopate cu Te or Sn) de tip înclinare. Datele experimentale

revelează temperaturi critice Tc de tranziţie a straturilor interfeţelor în stare supraconductibilă cuprinse intre 18K şi

3,4K. Tc ≈ 18K a fost înregistrată la bicristale de Bi cu unghiul de înclinare Θ ~ 5o . Deobicei, la interfaţă de tip

înclinare se observa două faze supraconductibile şi doar în cazuri aparte se manifestă o singura fază. Studiul

oscilaţiilor cuantice ale fenomenelor de transport, precum şi cele ale magnetizării, denotă că structura SF a

interfeţelor cristaline este similară cu cea a cristalitelor. Se produc unele modificări ne semnificative ale formei

suprafeţelor isoenergetice în straturile componente ale interfeţei bicristalelor, dar creşte substanţial volumul SF şi

se schimbă elongaţia quasielipsoidelor ( SF se roteşte) purtătorilor de sarcină. Se conclude, că aceste modificări ale

SF, dependente de intensitatea câmpurilor locale şi deformaţiilor, favorizează supraconductibilitatea interfeţelor

bicristalelor în condiţiile când cristalitele romboedrice de structura A7 sunt semimetale sau semiconductori cu

banda interzisă îngustă.

1. F. M.Muntyanu, A. Gilewski, K. Nenkov, J. Warchulska, and A. Zaleski, Phys. Rev. B 73, 132507

(2006).

2. F. M. Muntyanu, A. Gilewski, K. Nenkov, A. Zaleski, V.Chistol, Phys. Rev. B 76, (2007).

15

Electron and Hole States in the Quantum Dot Supra-Crystals

Denis L. Nika1, Evghenii P. Pokatilov1, Qinghui Shao2 and Alexander A. Balandin2

1Moldova State University, 60, A. Mateevich str., Chisinau, MD-2009, Republic of Moldova 2Department of Electrical Engineering, University of California – Riverside, Riverside, CA 92521, USA

Multiple arrays of quantum dots (QDs) continue to attract significant attention owing to their unique physical properties and proposed applications in photodetectors, photovoltaic solar cells and thermoelectric elements [1-2]. Three-dimensionally (3D) ordered quantum dot superlattices (QDS) with the large electron (or hole) wave function overlap can be considered as a special type of crystals, i.e. supra-crystals, where the semiconductor quantum dots play the role of atoms. Lazarenkova and Balandin [3] proposed a semi-analytical approach for the 3D-ordered QDS based on a special type of the confining potential, which led to the electron (or hole) wave function separation similar to that in the one-dimensional Kronig-Penny model.

In this paper we report on the development of a more rigorous theoretical model for the electron and hole states in QD supra-crystals, which uses a realistic confining potential. We consider 3D-ordered QDS with the quantum dots made of InAs in InGaAs host matrix, i.e. barrier material. We specifically focus on the effect of the quantum dot shape (rectangular, spherical and tetrahedral) on the electron states in such supra-crystals. In the modeled structure, InAs QDs are located in the nodal points of the lattice filled with GaxIn1-xAs, which acts as the barrier material. The electron and hole energy spectra and wave functions were obtained from the numerical solution of the one-band Schrödinger equation for an electron and six-band Schrödinger equations for a hole. In the considered supra-crystals (with the given geometrical parameters, heights of the potential barriers and values of effective masses) both electrons and holes penetrate though the entire barrier layers. We have shown that the electron (hole) states are very sensitive to the dot arrangement, quasi-crystallographic orientation and shape of the quantum dots.

The constant surface of the hole density functions 2

/hn oc VΨ = in InAs/Ga0.5In0.5As QD supra-crystal for the

exited state (n=8) is shown in Fig. 1 for c = 2.0 and k=0.7 ⋅ kmax(1,1,1) (V0 is the volume of the unit cell). One can see from this figure that the “open channels” exist for the hole transport through the ordered QDS. The dot size and other parameters used in this simulation are rather realistic. At the same time, the fraction of the hole wave function with the density indicated on the plot (or higher densities) are localized inside the unit cell of QDS.

References [1] K.L. Wang and A.A. Balandin, Quantum Dots: Properties and Applications, in Optics of Nanostructured Materials (Wiley & Sons, New York, 2000) edited by V. Markel and T.F. George, pp. 515-550. [2] A.A. Balandin and O.L. Lazarenkova, Appl. Phys. Lett., 82, 415 (2003). [3] O.L. Lazarenkova and A. Balandin, J. Appl. Phys., 89, 5509 (2001); The work at MSU was supported in part by the State Projects of Republic of Moldova (no. 06.408.036F and 035.CRF).

Figure 1: Constant surface of the hole

density function 2

12hn=Ψ = 0/( )c V in the

ordered rectangular QDS with the QD dimensions lx = ly = lz = 5 nm and the inter-dots distance hx = hy = hz = 2 nm for c=2.0 and the electron wave vector k=0.7 ⋅kmax(1,1,1).

16

Development of the valence force field model for the phonons in planar

nanoheterostructures Evghenii P. Pocotilov, Artur S. Askerov and Denis L. Nika

1Moldova State University, 60, A. Mateevich str., Chisinau, MD-2009, Republic of Moldova

As a result of continues miniaturization of electronic devices the accurate of mathematical models acquires large importance. Continual models don’t take into account the real crystal structure and are valid only for the description of the phenomena with the long-wavelength phonons. From this point of view lattice models are more realistic. In the face-centered cubic cell (FCC) dynamic model two diamondlike crystal lattices are considered as a common FCC cell with the doubled mass at each lattice point. This simplification neglects the relative motion of the FCC sublattices and leads to the acoustic phonon solution only.

In this paper we developed more realistic valence force field (VFF) model, which takes into account the different types of the interatomic interactions potentials. Our VFF model is based on the dynamical equations obtained in the framework of the harmonic approximation. In our model we have taken into account first and second atomic spheres and used radial and angular two- and three-body interatomic interactions: stretching, stretching-stretching, bending и stretching-bending. Our calculations are performed for Si and Ge structures. The force constants have been fitted for the obtaining of the good agreement with experimental bulk dispersion curves. The dependence of the phonon energy spectra on the phonon wave number calculated for bulk Si in the framework of VFF model are presented in Fig. 1.

We have also investigated the phonon dispersion relations in free-standing Si-films with thickness of few

nanometers and in Si/Ge heterostructures. In Fig. 2 we show the phonon energy spectra in the planar silicon film with thickness d =4.344 nm.

We have established that in the films the strong splitting of the dispersion curves induced by spatial confinement of phonons along z-direction (size quantization) takes place. It also has been shown that in the slabs and heterostructures the flattening of dispersion curves at large wave vector and corresponding reducing of the phonon group velocities in comparison with bulk appear.

The work was supported in part by the Intas Project no. 05-104-7656 and State Projects of Republic of Moldova (no. 06.408.036F and 035.CRF).

Figure 1. Phonon energy spectra in bulk Si (solid lines) in comparison with experimental data. Results are shown for the [1, 0, 0] crystallographic direction.

Figure 2: Phonon energy spectra in Si-slab. Results are shown for the [1, 0, 0] crystallographic direction.

17

Electron and hole states in Si quantum dots imbedded into dielectric medium: Role of the quantum dot shape and size

Denis Nika1, Evghenii Pokatilov1, Calina Isacova1 and Victor Timoshenko2

1Moldova State University, 60, A. Mateevich str., Chisinau, MD-2009, Republic of Moldova 2M.V. Lomonosov Moscow State University, Physics Department, 119992, Moscow, Russia

The development of physics in the last two decades demonstrates the appearance of a new direction in physics of condense matter and semiconductors studying the properties of nanodimensional structures: quantum layers, quantum wires and quantum dots. The essential advance in the development of the nanostructure preparation technology reached for the last decade stimulates both intensive theoretical and experimental researches of nanostructures with the different shape [1-2]. It has been demonstrated that the energy of the exited exciton states in quantum dots (QDs) can be nonradiative transmitted to the energy acceptors which are localized close to QDs. This process plays the important role in a biomedicine with the purposes of destruction of neoplasm cells by the direct laser radiation [1] and in the optoelectronics of nanodimensional structures for design of optical amplifiers and optical frequency converters [2]. The efficiency of the energy transfer from a nanocrystal-donor to an acceptor can be determined not only by the energy spectra of the donor and acceptor but it can depend also on the penetration of electron and hole wave functions into the barrier medium, on the nanocrystal shape and the dielectric properties of the environment [3-4].

In this paper we report on the development of the electron and hole states theory in Si quantum dots of different shapes imbedded in the dielectric medium. In the framework of the effective mass approach we calculated the quantized electron and hole energy spectra and wave functions taking into account the infinity of the potential barrier height and difference between the effective mass in Si and in the barrier material. The Schrödinger equations for electrons and holes in considered nanostructures were solved numerically using the finite difference methods. The effect of the electron and hole wave function penetration from quantum dots in the barrier material was investigated in details and the dependence of the wave function penetration on the quantum dots size and material parameters of the barrier medium was obtained. It has been shown that the electron and hole wave functions considerably penetrate into the barrier medium for the ultra-small quantum dots (with smaller dimension ~ 2 – 3 nm) even for the very high potential barrier Vb ~ 1500 meV (see Fig. 1 (a-b)). The penetration of charge carrier wave functions enhances with the reduction of the potential barrier height and increasing of the size of QDs. The obtained results justify the possibility of the effective nonradiative energy transport from excitons to the energy acceptors due to the penetration of the electron and hole wave functions.

The work was supported in part by the INTAS project (no. 05-104-7656) and the State project of Republic of Moldova (no. 06.408.036F and 06.35.CRF). References [1] Alivisatos A.P. J. Phys. Chem. 100, 13226 (1996). [2] Poole Ch. P, Owens Ch. P. Introduction to Nanotechnology.- John Wiley &Sons, Inc, Publ., 2003. [3] V. Yu. Timoshenko, Th. Dittrich, V. Lysenko, M. G. Lisachenko, F. Koch. Phys. Rev. B 64, 085314 (2001). [4] V. Yu. Timoshenko, M. G. Lisachenko, B. V. Kamenev, O. A. Shalygina, P. K. Kashkarov, J. Heitmann, M. Schmidt, M. Zacharias. Appl.Phys. Lett. 84, 2512 (2004).

Fig. 1. Size dependence of the electron (panel a) and hole (panel b) wave function penetration in rectangular Si quantum dots imbedded into SiO2 medium.

18

OBŢINEREA STRATURILOR SUBŢIRI CdxMn1-xTe ŞI PARAMETRII LOR

P. Gaşin, S. Meteliţa, V. Nicorici, P. Chetruş, A. Nicorici*

Universitatea de Stat din Moldova, str. A. Mateevici., 60,Chişinău., MD2006 *Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale AŞ RM, nicorici@usm.md

Un şir de soluţii solide pe baza CdTe–MnTe se referă la semiconductorii semimagnetici, proprietăţile

magnetice ale cărora sunt deja cercetate destul de bine [1]. Însă posibilitatea variaţiei lăţimii benzii interzise într-un interval larg de energii (de la 1,45 eV pînă la 2,2 eV pentru Cd0,5Mn0,5Te la 300 K) permite folosirea acestora în energetica solară pentru fabricarea structurilor „tandem”. În ultimii ani o deosebită atenţie se acordă elaborării metodelor de depunere a straturilor subţiri de CdxMn1-xTe cu concentraţie minimă a defectelor proprii, deoarece utilizarea tehnologiilor planare micşorează esenţial costul acestor structuri.

În lucrare sunt prezentate rezultatele cercetărilor straturilor subţiri de CdxMn1-xTe, care au fost depuse prin evaporarea termică în vid cu folosirea unui evaporator special [2]. În calitate de sursă s-au folosit cristalele de Cd0,5Mn0,5Te crescute prin metoda Bridgmen. Celula–evaporator prezintă un cilindru în forma de „scoică”, fabricat din tantal. Pe verticală pereţii cilindrului formează o deschizătură prin care are loc evaporarea. După introducerea materialului în evaporator, celula se închide ermetic la capete cu două dopuri, care reprezintă concomitent şi electrozii pentru aplicarea tensiunii externe. Evaporatorul are lungimea de 50 mm, grosimea foiţei de tantal – 0,1 mm, canalul spiralat (deschizătura) - 0,5 – 1 mm, distanţa între evaporator şi suport a fost ~ 40 mm.

Această construcţie a evaporatorului permite formarea deasupra suprafeţei de evaporare a unui spaţiu în care presiunea vaporilor este aproape egală cu presiunea vaporilor saturaţi ai soluţiei solide CdxMn1-xTe, ce dă posibilitatea de a păstra compoziţia compusului. Fluxul de vapori din sursă pentru evaporare este determinat de cantitatea, forma şi dimensiunile găurilor de ieşire a conductorului de vapori. În toate procesele de depunere temperatura suportului Tsup rămânea una şi aceeaşi ~ 4000C, iar temperatura sursei de evaporare Tev varia între 9500C şi 11000C, timpul de evaporare t = 20 min. Viteza de depunere a straturilor pe suprafaţă a fost destul de înaltă ~ 500 Å/s. Astfel grosimea straturilor obţinute era ~ 5 - 8 µm. În calitate de suport s-au folosit: sticla şi mica.

Cu ajutorul microscopului metalografic a fost cercetată morfologia suprafeţei straturilor obţinute. În general straturile sunt policristaline cu granulaţie fină. Cu creşterea temperaturii evaporatorului dimensiunile granulelor se măresc. Granulele peliculelor depuse pe mică reprezintă nişte cristale de forma unor triunghiuri de mărimi diferite, ce indică creşterea straturilor in direcţia cristalografică [111].

Pentru analiza compoziţiei straturilor obţinute la temperatura 300K în regiunea lungimilor de undă 700 nm – 1200 nm au fost cercetate spectrele de transparenţă. Rezultatele obţinute confirmă, că straturile subţiri de CdxMn1-xTe sunt transparente în domeniul vizibil şi infraroşu, înclinarea curbelor este destul de pronunţată, ce demonstrează că compoziţia straturilor este omogenă. Din extrapolarea caracteristicii transparenţei s-au determinat energiile benzilor interzise ale compuşilor depuşi, care în dependenţă de temperatura evaporatorului se află în intervalul de energii 1,77 eV – 1,85eV. Aceasta arată, că cantitatea manganului în straturile de CdxMn1-xTe corespunde compoziţiei cu x în intervalul 0,2 <x< 0,28, deci este mai mică decît în sursa pentru evaporare. Straturile obţinute au avut rezistenţa foarte înaltă ~ 108 Ω.

1. П.И. Никитин, Ф.И. Савчук. Эффект Фарадея в полумагнитных полупроводниках. // Успехи физических наук, 1990, т. 160, 11, с. 167-196.

2. В.А. Денис, Е.М. Зуб, Л.С. Унярха, Ф.У. Шелег, В.Н.Якимович. Получение, структура и свойства пленок CdxMn1-xTe. // Неорганические материалы, 1991, тю 27, 4, с. 703-706.

19

Influenţa condiţiilor de sinterizare şi a dopărilor asupra coeficienţilor de magnetostricţiune a feritelor de cobalt

Ovidiu Florin Călţun

Universitatea „Al. I. Cuza”, Facultatea de Fizică, Iaşi

Materialele magnetostrictive se bucură în ultimi 10 ani de o atenţie deosebită datorită aplicaţiilor pe care le pot avea în realizarea senzorilor de forţă si de presiune. Un domeniu special este industria automobilelor unde se încearcă realizarea aşa numitei “roţi inteligente” echipate cu senzori care să transmită informaţii utile calculatorului care echipează autovehiculele.

Magnetostricţiunea constă în variaţia dimensiunilor unui material magnetic când este supus acţiunii unui câmp magnetic. Această proprietate a fost utilizată în multe aplicaţii precum: generarea şi detecţia ultrasunetelor, monitorizarea şi controlul vibraţiilor, detecţia presiunilor şi forţelor, detecţia şi producerea torsiunilor mecanice etc. Din cauza stabilităţii ridicate cu temperatura, senzorii magnetostrictivi sunt superiori senzorilor piezoelectrici. Cercetările recente sunt concentrate în vederea obţinerii unor materiale magnetostrictive oxidice care să prezinte tensiuni magnetostrictive mai mari la intensităţi ale câmpului magnetic mai mici. Avantajele utilizării unui material magnetic pe baza de oxizi sunt acelea ca vor fi mult mai ieftini decât aliajele comerciale şi că pot preveni generarea de curenţi turbionari, datorită rezistivităţii ridicate. Între aceste materiale, ferita de cobalt, CoFe2O4 , se remarcă prin valoarea cea mai ridicată a magnetostricţiunii faţă de ceilalţi oxizi magnetici.

Obţinerea unor compoziţii omogene în practica producerii feritelor este dificilă. Spinelii obţinuţi pot fi neuniformi şi conţin impurităţi, care le modifică proprietăţile electrice şi magnetice şi implicit şi proprietăţile catalitice. Studiul influenţei parametrilor procesului de sinterizare şi a substituţiilor asupra microstructurii, proprietăţilor electrice şi magnetice este un subiect deschis la nivel internaţional.

În această lucrare sunt descrise proprietăţile magnetostrictive ale feritelor de cobalt obţinute prin metoda ceramică convenţională. Produşii procesului de fabricaţie au fost caracterizaţi structural şi din punct de vedere al proprietăţilor magnetice.

Au fost studiate două serii de eşantioane de ferită de cobalt CoMex Fe2-x O4 substituite cu Me=Si, Mn în concentraţii crescătoare 0>x>0.6 sinterizate la temperatura de 1250 oC pentru 4 ore în aer, două serii de eşantioane de ferită de cobalt CoMexFe2-x O4 substituite cu Me=Si, Mn în concentraţii fixe sinterizate la patru temperaturi 1250oC, 1275oC, 1300oC şi 1325oC, în aer, pentru 5 ore şi 3 serii de eşantioane de ferită de cobalt: una stoechiometrică CoFe2O4 şi două cu exces de fier Co0.8Fe2..2O4+δ (cu surse diferite a oxidului de cobalt) sinterizate la patru temperaturi 1250oC, 1275oC, 1300oC şi 1325oC, în aer, pentru 5 ore.

În cazul substituţiilor cu Si s-a observat că eşantioanele cu niveluri de substituţie mici au coeficienţi de magnetostricţiune mai mari decât eşantioanele cu niveluri de substituţie mari, dar mai mici decât feritele nesubstituite. Creşterea nivelului de substituire reduce magnetostricţiunea. Coeficienţii de magnetostricţiune au valori comparabile cu cele raportate de alţi cercetători pentru ferite substituite cu Si. În cazul feritelor dopate cu Mn se constată valori duble ale coeficienţilor de magnetostricţiune la niveluri de dopare mici. Se poate aprecia că proba cu x = 0.3 prezintă un coeficient apropiat de al feritei nesubstituite şi se poate conta pe o temperatură Curie cu 45oC mai mică.

Panta curbelor de magnetostricţiune este legată de sensibilitatea la torsiune sau presiune şi de ea depind performanţele senzorilor bazaţi pe aceste materiale. Se poate remarca că sensibilitatea în cazul eşantioanelor noastre este mai mare decit ceea raportată de alţi cercetători. Această creştere a vitezei de variaţie a alungirii relative cu câmpul magnetic aplicat este o promisiune pentru aplicaţiile viitoare.

Experimentările finalizate în această etapă au demonstrat că feritele de cobalt substituite pot reprezenta materiale care pot fi utilizate pentru fabricaţia senzorilor. Rutele de sinterizare influenţează puternic proprietăţile magnetice, histerezisul magnetomecanic şi sensibilitatea. Deplasarea temperaturii Curie spre temperaturi apropiate de cele de funcţionare a senzorului se poate face prin dopare controlată în detrimentul valorilor absolute a coeficienţilor de magnetostricţiune, dar cu creşterea sensibilităţii.

Stabilirea parametrilor procesului de sinterizare este de asemenea o chestiune delicată deoarece tratamente termice diferite pot conduce la proprietăţi magnetostrictive diferite. Calcinările, măcinările şi sinterizarea finală trebuie controlate cu precizie pentru a împiedica apariţia fazelor reziduale. Studiul proprietăţilor magnetice confirmă că temperatura Curie a feritelor de cobalt poate fi scăzută prin adăugarea de Mn şi prin variaţia parametrilor de sinterizare. Efectul magnetomecanic şi sensibilitatea coeficientului de magnetostricţiune pot fi influenţate prin nivelurile de dopare.

20

CÂT DE MAGNETIC POATE FI UN FLUID MAGNETIC?

CHIORAN VIORICA1, MICU FLORINELA2 1Gr. Şc.”C.D.Neniţescu” Baia Mare,România nevimada@yahoo.com 2Revista de fizică”Evrica” Braila, România, evrikabraila@clicknet.ro

Fluidul magnetic este un lichid cu puternice proprietăţi magnetice obţinut prin dispersarea coloidală a unor particule magnetice solide fine (FeO sau pulberi de Fe,Co,Ni) într-un lichid obişnuit apă, glicerină, hidrocarburi, siliconi şi florocarburi). Particulele magnetice aflate în suspensie se comportă fiecare ca un mic magnet permanent care într-un câmp magnetic omogen se orientează pe direcţia acestuia iar într-un câmp magnetic neomogen are tendinţa de deplasare înspre zona de câmp maxim antrenând şi lichidul înconjurător căruia îi conferă astfel un puternic caracter magnetic. Datorită faptului că particulele sunt magnetice apare o energie de atracţie între ele iar aceasta trebuie învinsă pentru a împiedica aglomerarea şi sedimentarea particulelor. Prin adăugarea unei substanţe chimice stabilizatoare care joacă rol şi de dispersant se realizează un cuplaj între particulele magnetice şi mediul de dispersie înconjurător. Datorită comportării duale de material lichid şi material magnetic solid suspensiile coloidale de particule magnetice fine au luat numele de "lichide magnetice". Proprietăţile magnetice ale lichidelor magnetice şi limitele fizic posibile ale acestora funcţie de compoziţie şi concentraţie se pot evalua pe mai multe căi: 1- prin măsurători reologice se poate determina: a) valoarea fracţiei volumice hidrodinamice hϕ (ce ia în considerare particula împreună cu stratul de surfactant ce o acoperă); b) diametrul hidrodinamic hd 2- prin măsurători de microscopie electronică se poate determina: a) valoarea fracţiei volumice pϕ a materialului solid dispersat (fără stratul de surfactant); b) diametrul fizic d al particulelor. 3- prin măsurători magnetice se poate determina : a) valoarea fracţiei volumice magnetice mϕ şi b) diametrul magnetic md (acesta este mai mic decât diametrul fizic din cauza formării la suprafaţa particulelor a unui strat fără proprietăţi magnetice, având grosimea de aproximativ 0,86 nm în cazul particulelor de magnetită). Întrebarea „cât de magnetic poate fi un fluid magnetic?” a fost formulată de Scholten care a estimat magnetizaţia de saturaţie

SM şi permeabilitatea magnetică iniţială 0µ în acelaşi timp cu menţinerea unei vâscozităţi η sensibile. Graniţa spre fluide magnetice într-adevăr „ fluide” nu este foarte precisă de aceea Scholten consideră următorul criteriu: absenţa unei valori de prag şi o viscozitate η a ferofluidului mai mare cu cel mult două ordine de mărime decât vâscozitatea 0η a lichidului de bază. Aceasta implică următoarele: - să nu se formeze aglomerări extinse nici chiar în câmp magnetic puternic şi valoarea fracţiei volumice pϕ a materialului solid dispersat să fie limitată. Factorii

care limitează magnetizaţia de saturaţie SM sunt legaţi de: - necesitatea fluidităţii ( care limitează fracţia volumică hidrodinamică hϕ şi vâscozitztea η )- asigurarea stabilităţii faţă de aglomerare, sedimentarea gravitaţională şi sedimentarea magnetică.;.- magnetizaţia volumică a materialului particulelor; - temperatura şi agitaţia termică (mişcarea browniană), - lungimea lanţului de surfactant (limitează fracţia volumică magnetică mϕ ), - câmpul magnetic şi gradientul de câmp (∆H), - concentraţia particulelor magnetice (limitează fracţia volumică pϕ a materialului solid ) 1. LIMITA SUPERIOARĂ A FRACŢIEI VOLUMICE Necesitatea fluidităţii lichidului magnetic limitează fracţia volumică hidrodinamică hϕ dar şi pe cea a materialului magnetic solid dispersat pϕ . Astfel vâscozitatea unei suspensii de particule neaglomerate creşte cu fracţia

volumică hidrodinamică a solidului dispersat. La concentraţii mici relaţia este liniară. Spre hϕ = 0,1 apar termenii pătratici, iar la valori mari ale concentraţiei, vâscozitatea creşte foarte puternic cu concentraţia , curgerea devine nenewtoniană. Considerând că pentru lichide magnetice cu particule de magnetită concentraţia este η = 100 0η , Scholten găseşte valoarea limitei superioare a fracţiei volumice hidrodinamice ca fiind hϕ = 0,5, valoarea limitei superioare a fracţiei volumice pϕ a materialului solid este pϕ = 0,25, magnetizaţia la saturaţie a lichidului magnetic

este SM =120 kA / m indiferent de natura particulelor. Fracţia volumică hidrodinamică depinde de forma particulelor , dimensiunile lor şi modul de dispersare. sfericϕ > nesfericϕ ; mariϕ > miciϕ ; sepolidisperϕ > semonodisperϕ 2 ASIGURAREA STABILITĂŢII FAŢĂ DE AGLOMERAREA PARTICULELOR MAGNETICE Aglomerarea particulelor magnetice limitează SM , este determinată de interacţiunile dintre particule, apare la concentraţii mari, în câmpuri intense sau cu gradient mare, unde predomină forţele atractive şi repulsia sterică este

21

ineficientă. Pentru analiza proceselor de aglomerare este folosit parametrul de cuplaj λ definit prin raportul dintre energia maximă dipol – dipol şi energia termică:

; dacă λ < 1 , probabilitatea de formare a aglomeratelor este mică dacă λ ≥ 1 se pot forma, în funcţie de natura lichidului, trei tipuri de aglomerări:

aglomerare de tip lanţ, aglomerare de tip picătură, aglomerare de tip fractal. a) aglomerate de tip lanţ apar în cazul concentraţiilor mari (chiar în absenţa unui câmp magnetic) sau în cazul aplicării unui câmp magnetic. b) aglomerate de tip picătură apar la valori relativ mici ale parametrului λ supraunitar. Particulele mari din ferofluide vor constitui centre de nucleaţie pentru picături. c) aglomerate de tip fractal apar în cazul ferofluidelor stabilizate steric dacă surfactantul utilizat nu este compatibil cu lichidul de bază şi în cazul ferofluidelor stabilizate electrostatic dacă bariera de repulsie electrostatică este prea joasă. În cazul concentraţiilor mari şi a energiilor de atracţie moderate există starea dinamică în care continuu se formează şi se redispersează aglomerate (la echilibru chimic) 3 INFLUENŢA GROSIMII STRATULUI DE SURFACTANT În condiţii uzuale grosimea stratului de surfactant nms )32( ÷=δ iar în mod excepţional se întâlneşte şi

nms 1=δ . Stratul de surfactant poate fi îngroşat atât cât este necesar ca repulsia sterică să depăşească forţele Van der Waals. O îngroşare nenecesară limitează magnetizaţia la saturaţie( rezultă din relaţia lui Scholten):

mh

mms M

dd

M 3)(ϕ< şi m

h

sms M

dM 3)

21(

δϕ −≤ unde: shm dd δ2−= .

4 LIMITA SUPERIOARĂ A PERMEABILITĂŢII MAGNETICE 029µµ = ;HB µ= HB rµµ0= ; HB )1(0 χµ += ; )(0 MHB += µ ; )1(0 χµµ += Din relaţia lui Langevin

pentru soluţii coloidale diluate )(αLMM s= unde α

αα 1)( −⋅= ctghL ;Tk

mH

B

0µα = , )(αL funcţia Langevin .

χ -susceptivitate magnetică (nu există o dependenţă a lui χ de temperatură din cauză că predomină interacţiunile

La câmpuri mici: 3

)( αα =L şi 33αα nmMM s == ; TkmH B<0µ ; 1<α . dipolare)

La câmpuri mari: α

α 11)( −=L şi )11()11(αα

−=−= nmMM s : TkmH B>0µ

5 DETERMINAREA PARAMETRILOR DISTRIBUTIEI DIMENSIONALE ALE PARTICULELOR MAGNETICE Particulele magnetice din ferofluide nu au toate aceeaşi dimensiune. Diametrul mediu şi abaterea standard se pot determina măsurând curba de magnetizare. Pentru un ferofluid real curba de magnetizare diferă de cea a lui Langevin iar această diferenţă este atribuită faptului că particulele se află şi sub influenţa câmpurilor locale ale celorlalte particule (în fluide concentrate). În câmpuri slabe , contribuţia la magnetizare o au particulele mari care sunt orientate mai uşor de către câmpul magnetic în timp ce saturaţia este determinată de către particulele mici a căror orientare necesită câmpuri intense. Relaţii de calcul pentru parametrii distribuţiei dimensionale ale

particulelor: 31

000 3

18⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡=

s

iL

m

B

MHMTkd

χπµ

şi s

iL

MH

S 03ln

31 χ

= iar ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ += iLiLi χχχ

311

Susceptivitatea magnetică este afectată de lărgirea distribuţiei . Susceptivitatea iniţială a coloizilor polidisperşi o poate depăşi cu trei ordine pe cea a coloizilor monodisperşi având acelaşi diametru magnetic.

smonodisperispolidisperI −− ⋅= χχ 1000 6. SUSCEPTIVITATEA MAGNETICĂ INIŢIALĂŞI DESCREŞTEREA REMANENŢEI Pentru T> 0T în cazul unui sistem de particule identice dispersate într-un solid (fluid magnetic” îngheţat”) există o anumită temperatură BT deasupra căreia particulele sunt superparamagnetice, iar susceptivitatea iniţială în aproximaţia lui Langevin este dată de relaţia:

0

2

3)(

µχ

Tknm

BTTiL B

=> Pentru T< 0T momentele magnetice ale particulelor

sunt „blocate” iar susceptivitatea iniţială în aproximaţia lui Langevin este dată de relaţia: . BIBLIOGRAFIE 1 Ladislau Vekas,Doina Bica, Daniela Resiga, Adrian Chiriac- Comportarea reologică a fluidelor magnetizabile; Ed. Orizonturi universitare, Timişoara, 2002. 2. Mircea Rasa – Proprietăţi magnetice , magneto-optice şi magneto-reologice ale lichidelor magnetice. Ed. Orizonturi universitare, Timişoara, 2001 3. Nicoleta Stefu, Ioan Hrianca- Comportarea particulelor cu ordonare magnetică în câmpuri de înaltă frecvenţă. Univ. de Vest , Timişoara, 2006.

TkdVM

Bh

mm

⋅⋅⋅⋅

= 30

22

2πµλ

0

22

3)(

0 µχ

uTTiL k

mn=<

22

REPULSIA STERICĂ A FEROFLUIDELOR

CHIORAN VIORICA1, MICU FLORINELA2 1Gr. Şc.”C.D.Neniţescu” Baia Mare,România nevimada@yahoo.com 2Revista de fizică”Evrica” Braila, România, evrikabraila@clicknet.ro

Pentru a produce coloizi stabili, forţele de atracţie Van der Waals dintre particule trebuie să fie depăşite de o interacţiune de tip repulsiv ce poate fi produsă de sarcina electrică a particulelor. O importantă tehnică alternativă este stabilizarea utilizând polimerii. În acest caz, stabilizarea se poate realiza fie datorită polimerilor care sunt

ataşaţi particulelor, fie lanţurilor de polimeri din soluţie. Cei mai buni stabilizatori conţin o parte ancoră insolubilă ce se ataşează cu fermitate de suprafaţa particulei şi o parte ce este compatibilă cu solventul. Când suprafaţa de acoperire este completă, părţile compatibile cu solventul formează un strat de o grosime L în jurul particulei (fig1) Atât timp cât distanţa dintre suprafeţele particulelor

este mai mare decât 2L , nu există o interacţiune sterică. Când această distanţă devine mai mică decât 2L , învelişurile particulelor interpenetrează. În regiunea de suprapunere se obţine o creştere în concentraţie a materialului polimer, fapt care duce la o creştere a energiei libere şi astfel la interacţiune de tip repulsiv. Când distanţa dintre suprafeţele particulelor devine mai mică decât L, nu avem doar interpenetrare, ci şi compresie a straturilor de înveliş. Aceasta compresie limitează configuraţiile posibile ale polimerilor, şi duce la o contribuţie elastică adiţională la respingere (fig. 2). Se constată că interacţiunea sterică între două particule cu înveliş de

polimer de grosimea L, este puternic repulsivă când distanţa dintre suprafeţele celor două particule este mai mică decât 2L , şi zero pentru distanţe mai mari de separare. Suma dintre interacţiunea sterică de tip repulsiv şi Van der Waals de tip atractiv , duce la un minim în energia de interacţiune, localizat la distanţa dintre suprafeţe 2L. Coloidul este stabil când adâncimea acestui minim este mai mică decât kT ( energia asociată mişcării termice a particulelor ).Pentru polimeri în soluţie, interacţiunea

sterică depinde de distanţa interparticulară în mod complet diferit. Dacă se notează dimensiunea medie a unui polimer spiralat cu L, la o distanţă între suprafeţele particulelor mai mică decât nici un polimer nu poate fi prezent între suprafeţele particulelor. In acest caz , este termodinamic favorabil ca solventul rămas între suprafeţe sa fie scos afară pentru că acesta permite mai mult amestecul cu polimerii. Când distanţa dintre suprafeţele particulelor este mai mare decât L , vor fi prezenţi polimeri între aceste suprafeţe. Scoaterea lor afara , înseamnă crearea unei regiuni libere de polimeri ce duce la o interacţiune repulsivă, numită stabilizare diminuată sau sărăcită. Această energie de interacţiune repulsivă cauzată de polimerii liberi, are un maxim la suprafaţa de separaţie şi depinde de concentraţia polimerilor. Astfel, când concentraţia este scăzută, este destul de uşor să sărăcim de polimeri regiunea dintre particule. Interacţiunea devine atunci atractivă şi vom obţine atunci diminuarea floculării mai curând decât diminuarea stabilizării. Calcularea energiei potenţiale asociată respingerii sterice este dificilă şi , în general , rezultatele sunt nesigure. Pentru cazul învelişurilor realizate din lanţuri polimerice simple , o expresie aproximativă a acestei energii este dată de relaţia : unde N reprezintă numărul de molecule polimerice absorbite pe unitatea de arie a particulei. In figura 3 este prezentat efectul stabilizării sterice a unui coloid

cunoscând din particulele de magnetită subdomenice ( deci cu moment magnetic permanent ) stabilizate cu acid oleic .Sunt luate în considerare interacţiunile atractive London şi magnetică şi este omisă interacţiunea repulsivă de strat dublu electric. Aria secţiunii transversale a unei molecule de acid oleic este de aproximativ 46*10-20m2 , iar lungimea cozii sale, liberă de lichidul de bază, este de aproximativ 2nm. Pentru acoperirea suprafeţei particulei în procent de 50 % cu „ancorele” moleculelor absorbite , trebuie ca N= 1018m-2 . Curbele prezentate în figura 3 sunt calculate pentru raza particulelor a= 5nm şi δ= 0.5 nm . Se observă că

respingerea sterică scade cu creşterea distanţei dintre particule, anulând-se pentru δ= 2 nm la l=0.8 , ceea ce corespunde unei distanţe suprafaţă-suprafaţă de 2δ. Când δ = 0.5 nm , respingerea sterică nu mai reuşeşte să creeze o barieră de energie şi coloidul este instabil .Respingerea sterică descrisă anterior este efectivă atunci când mediul dispersant este un solvent bun pentru polimerii utilizaţi ( pentru părţile lor sub formă de coadă sau buclă ) . In acest caz separarea polimerului şi solventului este nefavorabilă din punct de vedere termodinamic , ceea ce face ca mecanismul de respingere sterică să fie atractiv . Este însă posibil ca această solubilitate să fie modificată , prin modificarea temperaturii sau a presiunii , sau prin adăugarea unui lichid nesolvent pentru polimer. Aceste procese sunt însă reversibile, ele putând fi utile în anumite situaţii. Bibliografie 1.Roland E. Rosensweig – Fluid Dynamics and Science of Magnetic Liguids, Advances in Electronics and Electron Physics , vol 48 , 1979 2.Doina Bică – Obtinerea lichidelor magnetice,Tipografia Universităţii Timişoara, 1992 3.Mircea Rasa – Proprietati magnetice, magneto-optice şi magneto - reologice ale lichidelor magnetice

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

+++

−= alll

ala

lNKTaVs δδ

δπ

2//ln

/)2(22 2

23

Optical characterization of tungsten disulfide single crystals A. Colev1, C. Gherman1, D. Dumcenco1,2

1Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova 2Department of Electronic Engineering, National Taiwan University of Science and Technology

Keywords: Layered compounds, Photoluminescence, Piezoreflectance, Excitons

The tungsten disulphide WS2 semiconductor belongs to group VIA transition metal dichalcogenides MX2 (M=Mo, W; X=Se, S) that exhibit many physical properties with a pronounced two dimensional character [1,2]. The peculiar properties of these materials result from their layered structure, consisting of almost covalently bonded X-M-X sheets linked by weak van der Waals forces. The layered transition metal dichalcogenides MX2 semiconductors have been extensively investigated due to their properties mainly related to the technological importance as solid lubricants, catalysts and photovoltaic solar cell materials [3]. Particularly WS2 has the subject of great interest because its band gap is well matched to the solar spectrum. Like the other transition metal dichalcogenide compounds, WS2 is an indirect-gap semiconductor with the top of the valence band situated at Γ center of the Brillouin zone and the bottom of the conduction band located at halfway between Γ and Κ points while the direct gap is placed at Κ point [4]. The main advantage of WS2 is the photocorrosion resistance of the nonbonding d–d orbitals of W atoms involved in the phototransitions, WS2 can act as an efficient photoconductive layer in photovoltaic devices and photoelectrochemical solar cells [5]. Owing to these potential benefits, the main investigations of MX2 compounds deal with the strong anisotropy of physical properties, the role of the d orbital of the transition metal atom in the electronic band structure and the sharp excitonic structures in the visible and IR region [6].

In this work we report the optical characterization of WS2 single crystals grown by chemical vapour transport method. For the indirect transitions behavior, photoluminescence (PL) measurements were performed in the temperature range 2 – 120 K. Temperature-dependent piezoreflectance (PzR) measurements were carried out in the temperature range between 15 and 300 K to characterize the direct transitions.

In PL spectra of WS2 two distinct spectral regions were identified. The first one is an excitonic region (1.25 – 1.35 eV), located in the vicinity of the indirect band gap with the top

situated at Γ point of the valence band and the bottom of the conduction band located at halfway between Γ and Κ points; and consisting of several sharp zero-phonon lines and their vibronic replica. Alike to spectra of the natural crystals, these lines are present only for the spectra of the synthetic crystals doped with halogen molecules and thereby confirm the influence of the intercalated halogen molecules on the electronic properties of the layered semiconductors and can serve as index of halogen intercalation.

The second spectral region (0.75 – 1.25 eV) is the IR vibronic broad band, characteristic also for natural WS2 crystals without halogen impurities, and associated with an intrinsic defect of the host lattice, which act as a shunt channel and contributes to the thermal quenching of the exciton emission at T>60 K for WS2. In contrast to the broad band, the intensity of which remains constant up to about 100 K, the amplitudes of the sharp lines for the both investigated materials have a strong dependence on temperature.

The PzR spectra are characterized by excitonic transitions in energy range 1.8 – 3.0 eV. In the case of undoped WS2, the second feature of the exciton sequence and an adjacent resonance feature above the series are also detected. In order to determine the position of the transitions accurately, we performed a theoretical line shape fitting for the first-derivative functional Lorentzian line shape form appropriated for the bounded states, such as excitons or impurity transitions. From the recent theoretical and experimental studies [4], the first two peaks near the absorption edge correspond to the smallest direct transitions at the K point while the next two excitons are attributed to the direct transitions the Γ point of the Brillouin zone.

[1] J. A. Wilson and A. D. Yoffe, Adv. Phys. 18, 193 (1969). [2] A. R. Beal, J. C. Knights, and, J. Phys. C: Solid State Phys. 5, 3540 (1972). [3] K. K. Kam and B. A. Parkinson, J. Phys. Chem. 86, 463 (1982). [4] K. Albe and A. Klein, Phys. Rev. B 66, 073413 (2002). [5] J. A. Baglio, G. S. Calabrese, D. J. Harrison, E. Kamieniecki, A. J. Ricco, M. S. Wrighton, and G. D. Zoski, J.

Am. Chem. Soc. 105, 2246 (1983). [6] L. Kulyuk, D. Dumchenko, E. Bucher, K. Friemelt, O. Schenker, L. Charron, E. Fortin, and T. Dumouchel,

Phys. Rev. B 72, 075336 (2005).

24

COLLECTIVE RESONANCE FLUORESCENCE OF EXTENDED SYSTEMS OF COLD RADIATORS IN INTERACTION WITH RESONATOR STANDING

WAVE

Elena GALEAMOV

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Academiei 5, Chisinau MD-2028, Rep. of Moldova

egaleamov@gmail.com

The collective interference phenomena in the presence of dressed laser field in resonance with one active line of cold radiators are studied. The mutual influence of the radiators in interaction with the standing wave of the cavity on the fluorescence intensity is analyzed. The collective resonance fluorescence of extended systems of radiators in the standing wave is discussed. The fluorescence spectrum of these radiators is found as function of the position of two radiators in the standing wave resonator. A closed system of equations that describes the collective resonant spontaneous emission of two radiators in the dressed standing wave is obtained. Key words: Quantum Optics, Cold Atoms, Collective Resonance Fluorescence, Travel Wave, Dressed Standing Wave

25

Fotodetectori de raze ultraviolete în baza monocristalelor de ZnSe L. Gagara, P. Gaşin

Universitatea de Stat din Moldova, str.Mateevici, 60, MD 2009, Chişinău, Moldova, e-mail: gashin@usm.md

Selenura de zinc cu bandă interzisă de 2,69 eV a găsit o largă utilizare în dezvoltarea lucrărilor consacrate elaborării dispozitivelor electronice pentru regiunea ultravioletă a spectrului [1, 2]. Probele cercetate prezintă structuri de tipul semiconductor-oxid-semiconductor, obţinute în baza monocristalelor de ZnSe, care la 300K au concentraţia electronilor (2÷5)⋅1016 cm-3 şi mobilitatea 460 cm2/V.S. În calitate de oxid s-a folosit stratul subţire de ZnO, obţinut prin tratarea cristalelor de ZnSe în apă oxigenată. Ca contact frontal au servit straturile subţiri ITO (90% In2O2+10%SnO2) obţinute prin metoda pulverizării pirolitice cu grosimea 0,1÷0,2 µm. Cercetările spectrelor de fotoluminescenţă a cristalelor de ZnSe tratate in H2O2 intr-un interval de timp 10<t< 4⋅103 s, a arătat că începând cu timpul de oxidare 10-15 s pe suprafaţa cristalului de ZnSe se formează un strat subţire de ZnO. Grosimea stratului izolator de ZnO depinde după o funcţie de putere de timpul de oxidare şi este determinată de expresia: di=c1t1,8 + c2t0,4, unde t – este timpul de tratare, c1=0,082 Å/s pentru intervalul de timp 10-120 s şi c2=60 Å/s pentru intervalul de timp 160-4000 s. Dependenţa grosimii straturilor de ZnO de timpul de oxidare la intervale mari de timp se află în bună concordanţă cu rezultatele obţiunute în [3]. Analiza dependenţelor curentului de tensiune la diferite temperaturi (80÷455K) a arătat cu cum la polarizări directe aşa şi la inverse, mecanismul de transport al curentului în structurile ITO-ZnO-ZnSe la grosimea stratului ZnO 20-80 nm este determinat de procesele de tunelare prin stările energetice de la interfaţa ZnO-ZnSe, şi a capcanelor din oxid, caracteristic pentru structurile semiconductor-izolator-semiconductor [4]. La iluminarea structurilor cu lumină integrală, tensiunea de circuit deschis (UCD) tinde la saturaţie, iar curentul de scurt circuit (ISC) creşte proporţional cu intensitatea luminii şi la 300K, şi puterea 80 mW/cm2, UCD=0,86V, ISC=4,1 mA/cm2. Distribuţia spectrală a fotosensibilităţii structurilor ITO-ZnO-ZnSe suficient depinde de grosimea stratului izolator de ZnO. La grosimile izolatorului de 20÷80 nm structura are o fotosensibilitate constantă în regiunea lungimilor de undă 0,35÷0,46 µm. Cu mărirea grosimii stratului izolator sensibilitatea în regiunea ultravioletă scade. Randamentul cuantic maximal are valoarea 0,48 e/foton, multiplicitatea 5⋅103 sensibilitatea după curent 3,1 A/lm⋅V, sensibilitatea după tensiune 3⋅105 V/lm, constanta de timp 3,3⋅10-4 s. Rezultatele obţinute arată că structurile ITO-ZnO-ZnSe pot fi folosite ca fotodetectori pentru regiunea violetă şi ultravioletă a spectrului. 1. L. A. Kolodziejski, R. G. Gunshor, N. Otsuka, et al., Appl. Phys. Lett., 48, 1482 (1986). 2. J. Misiewicz, C. Huber, D. Heiman, Japan. J.Appl. Phys., 32, 372 (1993). 3. M. Yamaguchi, A. Yamamoto, M. Roundo, J. Appl. Phys., 48, 196, (1977). 4. R. M. Hill, Thin Solid Films, 7, 224 (1971).

26

STUDIUL UNOR CARACTERISTICI DE BAZĂ ALE TRANSFORMĂRILOR DE FAZĂ CONSTRÂNSE

Dan-Alexandru Iordache şi Viorica Iordache*

*Catedra de Fizică II, Universitatea “Politehnica” din Bucureşti, România

După cum este cunoscut, în ultimele decenii ştiinţele naturii se confruntă cu o problemă de deosebită dificultate – cea a sistemelor complexe, caracterizate de o serie de aspecte specifice între care prezenţa: a) constrângerilor, b) mai multor faze şi a tranziţiilor de fază, c) fenomenelor de creştere/acomodare, d) legilor de tip putere, etc [1]. Dintre parametrii intensivi care pot descrie o serie de constrângeri care intervin frecvent, prezentând un interes deosebit, menţionăm: (i) frecvenţa excitaţiei, (ii) temperatura, (iii) intensitatea câmpului magnetic, respectiv electric, şi chiar: (iv) intensitatea stimulului fizic (excitaţia) în procesele fizico-fiziologice, etc. Principalele caracteristici ale reprezentărilor grafice (spectrelor) ale dependenţelor parametrilor studiaţi (de regulă legaţi de disipările de energie în sistemele studiate) de o anumită constrângere exprimată printr-un parametru intensiv corespund punctelor de extremum (maxime sau minime), respectiv punctelor de inflexiune (umeri = “shoulders”), indicând suprapunerea mai multor faze active. Studiul zonelor de suprapunere (“shoulders”) a mai multor faze prezintă interes pentru optimizarea tehnologiei de fabricaţie a unor materiale industriale, prin reglarea parametrilor fazelor care intervin [2] (v. şi figura 1, din care reiese posibilitatea asigurării unui “palier” al permeabilităţii magnetice în zona temperaturilor uzuale pentru aparatura electronică).

Fig.1. Dependenţă de temperatură a permeabilităţii materialului ferimagnetic industrial Fe2.0Mn0.58Zn0.42O4

Pornind de la anumite ipoteze privind profilul caracteristicii spectrale a unei singure faze (spre exemplu, ale unui profil Lorentzian), lucrarea de faţă studiază posibilitatea descompunerii zonelor de suprapunere (shoulders) a mai multor faze, prin separarea fazelor generatoare. Este studiată de asemenea prezenţa legilor de tip putere pentru parametrii intensivi (de regulă, disipativi) caracterizând diferitele tipuri de constrângeri. În particular este studiat (v. şi [3]) raportul dintre legile de tip putere a frecvenţei care descriu: a) factorul de calitate al undelor seismice în diferite roci [4a], b) coeficientul de frecare vâscoasă r(ω) al oscilaţiilor pereţilor domeniilor de magnetizare din materiale ferimagnetice, în zona dispersiei permeabilităţii magnetice [4b] şi – respectiv: c) permitivitatea complexă )(' ωε a unor polimeri [5]:

βωτεε

εε)(

''0 i=

−−

∞

.

Sunt examinate de asemenea:

27

a) legea Domb-Fisher [6] corespunzând dependenţei de temperatură a susceptivităţii magnetice în zona dintre punctele Hopkinson şi Curie,

b) dependenţelor de intensitatea câmpului magnetic ale: (i) incrementului neliniar .)( inH µµ − al permeabilităţii magnetice în zona iniţierii magnetizării neliniare [2], (ii) densităţii superficiale de generare a entropiei pentru supraconductorii în fază Meissner [7],

c) legea putere [8] a lui Stanley Smith Stevens: αIkS ⋅= , descriind (considerabil mai exact decât legea clasică a lui Weber-Fechner) dependenţa senzaţiei de intensitatea stimulului fizic (excitaţia) I (k şi α sunt constante specifice problemei studiate), etc. Referinţe [1] a) S. Solomon, E. Shir “Complexity; a science at 30”, Europhysics News, 34(2) 54-57(2003); b) D.

Iordache “Complexity, Similitude and Fractals in Applied Mechanics and Electrical Engineering, respectively”, Chapter 5, pp.103-154, in frame of the 3rd volume of the scientific monograph “Topics in Applied Mechanics” (Veturia Chiroiu and T. Sireteanu, eds), Romanian Academy Printing House, Bucharest, 2005. [2] a) D. Iordache "L'étude de la courbe dynamique d'aimantation d'un ferrite mixte de manganèse et zinc, de haute perméabilité", Bull. Polytechnic Institute of Bucharest, 29(3)25-41(1967); b) D. A. Iordache, V. Iordache “Features of Organized Complexity of certain Industrial Magnetic Materials”, Proceedings 16th International Conference on Control Systems and Computer Science, 22-25 May 2007, Bucharest, part 3 (third International Symposium on “Interdisciplinary Approaches in Fractal Analysis”, IAFA-2007), pp. 81-86.

[3] a) D. A. Iordache, C. Florea, V. Iordache “Frequency Power Laws of the Oscillations of some Microscopic Structures”, in Proc. European Conference on Micro- and Nano-structures (EMN-04), pp.69-73, Noisy le Grand (Paris), 20-21 October, 2004; b) D. A. Iordache, L. Daniello, Şt. Puşcă, V. Iordache “Modeling and characterization by means of the magnetic dispersion”, Journal of Optoelectronics & Advanced Materials, 6(3) 995-1000, September 2004.

[4] a) G. Müller, J. Geophys., 54, 20, 1983; b) L. Daniello, D. Iordache, I. M. Popescu, I. Socol, D. Hornea "Study of the frequency dependence of the viscosity coefficient of the Bloch wall oscillations", Rev. Roum. Phys., 25(2)193-198(1980).

[5] a) R. H. Cole, K. S. Cole, Journ. Chem. Phys., 9, 341 (1941); b) D. A. Iordache, V. Iordache “On the evaluation of the relaxation parameters of some dielectric materials”, Journ. Optoelectronics & Advanced Materials, 6(3) 1029-1036, September 2004.

[6] a) C. Domb, M. F. Sykes, Proc. Roy. Soc., A, 240, p. 214(1957); b) M. E. Fisher, Physica, 25, 521(1959); c) C. Domb, M. F. Sykes, Phys. Rev., 128, 168(1962); d) L. Daniello, D. Iordache, I. M. Popescu, L. Popa, Vl. Iancu, R. Papadopol "On the Parameters of the Correlations describing the Temperature Dependence of the Ferrimagnetic Materials in the Phase Transition Zone", Bull. Polytechn. Inst. Bucharest, Electr.S., 44(1)23-30(1982).

[7] D. A. Iordache “Model and control of some cryogenic power cables”, Proceedings 16th International Conference on Control Systems and Computer Science, 22-25 May 2007, Bucharest, part 1, pp. 275-280.

[8] http://en.wikipedia.org/wiki/Stevens%27_power_law

28

SOME OPTICAL PROPERTIES OF CdO/Cd1-XMnXTe (x=0,37) STRUCTURES Iuliana Caraman, G. Lazar, M. Caraman, M. Stamate, Iulia Lazar

The University of Bacau, 157 Calea Marasesti, 600115 Bacau, Romania

The Cd1-xMnxTe solid solutions are perspective materials for semiconductor optoelectronics due to the fact that x composition variation from 0 to 0,75 results in decrease of α cubic lattice parameter (less than 10 %) while the energy gap increase monotonically from 1,5 eV for CdTe to 2,55 eV for 55,0=x . The Mn atoms form high intensity luminescence centers in orange and IR spectral region in many semiconductor compounds. The first excited state energy position of Mn3+ ion is shifting from the conduction band to band gap as the x composition increases in Cd1-xMnxTe solid solutions. The luminescence properties of Mn3+ ions are identified in CdTe/MnTe solid solutions for 3,0≥x by formation of a band being characteristic to donor – acceptor recombination mechanism. The results of the investigation on the photoluminescence spectra of Cd0,63Mn0,37Te layers at the CdO/ Cd0,63Mn0,37Te/ Cd0,63Mn0,37Te interface are presented in this paper. The dispersion of the optical characteristics, reflective index n and absorption coefficient k of the oxide layer, component of the heterojunction are also being analyzed. The metallic oxide layer has been obtained by thermal oxidation in Ar/O2 (1:1) media of CdTe layer (~ 50 nm). The last one has been deposited by Cd vapor condensation on Cd0,63Mn0,37Te single crystal. The PL spectra at 78 K have been excited by N2 ( )nm337,0=λ laser radiation. The spectral distribution of refractive index ( )λn and absorption ( )λk have been determined by polarization ellipsometry of reflected light from CdO/Cd0,63Mn0,37Te heterojunction. The visible PL spectra of Cd0,63Mn0,37Te crystals consists of two distinctive bands: one determined by bound excitons and the other determined by donor –acceptor electronic transitions caused by Mn3+ localized at the 580 ÷ 600 nm. The presence of the CdO thin film on the Cd0,63Mn0,37Te crystal’s surface lead to decrease of the excitonic band intensity while the luminescence caused by Mn3+ centers is amplified by 5 times. An asymmetric broadening of the band at 600 nm is observed. The shape of this band is analyzed as well as the influence of the oxidation duration of the CdTe layer deposited on the Cd0,63Mn0,37Te crystal surface on the band’s contour.

The ( )λn and ( )λk dependencies are also studied in the absorption band domain of Mn3+ center.

29

Efectul de comutare a forţei termoelectromotoare în firele de bismut şi aliajele lui cu

staniu Konopko L.A., Bodiul P.P., Bondarciuc N.F., Ţurcan A.C.

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, str. Academiei 3/3, Chişinău, Moldova

Datele referitoare la anizotropia electroconductibilităţii şi forţei termoelectromotoare a materialelor termoelectrice stratificate sunt cele mai importante pentru elaborarea dispozitivelor termoelectrice efective. Alegerea orientării cristalelor în raport respectiv cu axele principale a tenzorului electroconductibilităţii, forţei termoelectromotoare şi conductibilităţii termice oferă posibilitate de a mări semnificativ termoeficienţa cristalelor anizotropice. Orientarea optimă a cristalelor trebuie luată în considerare şi la fabricarea convertoarelor termoelectrice [1-4]. A fost cercetat efectul de comutare (Umkher effect) în firele discrete de bismut curat şi slab dopate cu Sn şi în nanowires arrays Bi-0,01Sn în câmp magnetic până la 0,4 T.

La măsurarea experimentală a forţei termoelectromotoare pentru firele de bismut în câmp magnetic se evidenţiază puternic efectul de comutare (Umkher effect), are loc chiar şi schimbarea semnului forţei termoelectromotoare din negativ în pozitiv la comutarea câmpului magnetic. Efectul de comutare este determinat de existenţa a două tipuri de purtători cu extremele energetice amplasate în diferite puncte ale spaţiului K şi înclinarea elipsoizilor electronici către planul de bază. În firele de Bi şi Bi-0.01%Sn apariţia efectului de comutare este legată de deplasarea axelor de simetriei a elipsoizilor purtătorilor în raport cu orientarea câmpului magnetic. În fig. 1 sunt prezentate dependenţele de temperatură a forţei termoelectromotoare α(T) pentru proba nanowires arrays Bi-0,01at%Sn.

Manifestarea efectului de comutare de la +60 µV/K până la -80 µV/K şi anizotropia forţei termoelectromotoare se manifestă clar în direcţiile indicate în fig. 1 )( IH ⊥ .

Se discută posibilităţile utilizării efectului de comutare în diverse scopuri aplicative. Lucrarea dată a fost îndeplinită cu suportul financiar al proiectului 07.408.05.07PA. [1]. E. Justi. Patent FRG 10762160. [2]. Л.И.Анатычук, О.А.Лусте. УФЖ, 1967, 12, с. 1920. [3]. L.F.Hollander. Пат. США, 3100849. [4]. R.W.Reyes. Пат. США, 3283220.

0 50 100 150 200 250 300-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

α, µ

V/K

Temperature, K

BiSn(0.01%)

∆T B1=0.4 T

B2=0.4 T

B1

B2

B=0

B3

B3=0.4 T

Fig.1. Dependenţele de temperatură a forţei termoelectromotoare (H=0.4 T) pentru aliajul Bi-0,01at%Sn. Direcţiiile câmpului magnetic şi a gradientului de temperatură

sunt indicate în figură.

30

The plasma oscillations in the two-dimensional electron-hole systems

S.A.Moskalenko1, M.A.Liberman2, E.V.Dumanov1, A.G.Stefan1 and M.I.Shmiglyuk1

1Institute of Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova, Academic Str. 5, Chisinau, MD2028,

Republic of Moldova 2Departmant of Physics, Uppsala University, Box 530, SE-751 21, Uppsala, Sweden

The intra-Landau level excitations of the two-dimensional electron-hole liquid are characterized by two branches of

the energy spectrum. The acoustical plasmon branch with in phase oscillations of electrons and holes has a linear

dispersion law in the range of small wave vectors, with a velocity which does not depend on the magnetic field

strength, and monotonically increases with saturation at higher values of wave vectors. The optical plasmon branch

with oscillations of electrons and holes in opposite phases has a quadratic dependence in the range of long

wavelength, a roton-type behavior at the intermediary values of the wave vectors as in the case of acoustical

branch. The influence of the supplementary in-plane electric field leads to the drift of charged particles in the

crossed electric and magnetic fields and to the energy spectrum as in the reference frame moving with the drift

velocity. A perturbation theory is developed on the base of a small parameter 2 2(1 )v v− , where 2v is the filling

factor and 2(1 )v− reflects the phase space filling effect.

Acknowledgments:

This research was supported by the common grant of the Russian Foundation for Fundamental Research and of the

Academy of Sciences of Moldova. The one of the author (E.V.D.) would like to thank the Foundation for young

scientists of the Academy of Sciences of Moldova for financial support.

31

TOPOLOGIA SUPRAFEŢEI FERMI ŞI SUPRACONDUCTIBILITATEA INTERFEŢELOR CRISTALINE DE Bi ŞI ALIAJE Bi-Sb DE TIP ÎNCLINARE

F.M.Munteanu, V.G.Chistol

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale al ASM, Chişinău, Moldova

Universitatea tehnică a Moldovei , Chişinău, Moldova

Interfaţa cristalină (IC) a bicristalelor adesea joacă un rol dominant în manifestarea unor anomalii ale

proprietătilor fizice determinate de schimbarile produse în spectrele fononice şi caracteristicele reţelei cristaline,

precum şi de restructurarea spectrului energetic al purtătorilor de sarcină. Recent în [1,2] au fost depistate

importante modificări ale formei, elongaţiei şi volumului suprafeţei Fermi (SF) la interfaţa supraconductibilă a

bicristalelor de Bi de tip torsionare, care de rînd cu scimbările spectrelor fononice stimuleză corelarea perechelor

electronice.

În raport se elucideză partcularităţile evoluţiei topologiei SF şi conexiunile lor cu supraconductibilitatea

interfeţelor bicristalelor de Bi şi aliaje Bi-Sb (pure sau dopate cu Te or Sn) de tip înclinare. Datele experimentale

revelează temperaturi critice Tc de tranziţie a straturilor interfeţelor în stare supraconductibilă cuprinse intre 18K şi

3,4K. Tc ≈ 18K a fost înregistrată la bicristale de Bi cu unghiul de înclinare Θ ~ 5o . Deobicei, la interfaţă de tip

înclinare se observa două faze supraconductibile şi doar în cazuri aparte se manifestă o singura fază. Studiul

oscilaţiilor cuantice ale fenomenelor de transport, precum şi cele ale magnetizării, denotă că structura SF a

interfeţelor cristaline este similară cu cea a cristalitelor. Se produc unele modificări ne semnificative ale formei

suprafeţelor isoenergetice în straturile componente ale interfeţei bicristalelor, dar creşte substanţial volumul SF şi

se schimbă elongaţia quasielipsoidelor ( SF se roteşte) purtătorilor de sarcină. Se conclude, că aceste modificări

ale SF, dependente de intensitatea cîmpurilor locale şi deformaţiilor, favorizează supraconductibilitatea interfeţelor

bicristalelor în condiţiile cînd cristalitele romboedrice de structura A7 sunt semimetale sau semiconductori cu

banda interzisă îngustă.

1.F. M. Muntyanu, A. Gilewski, K. Nenkov, J. Warchulska, and A. Zaleski, Phys. Rev. B 73, 132507 (2006).

2. F. M. Muntyanu, A. Gilewski, K. Nenkov, A. Zaleski, V.Chistol, Phys. Rev. B 76, (2007).

32

Proprietăţile firelor monocristaline de Bi-Sn cu axa C3 orientată în lungul fibrei Nikolaeva A.A., Moloşnic E.F., Para G., Vieru S., Botnari O.

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, str. Academiei 3/3, Chişinău, Moldova

Bismutul şi aliajele lui sunt caracterizate prin o anizotropie semnificativă a proprietăţilor fizice. Din această cauză este necesar de a obţine probe orientate într-un anumit mod în raport cu direcţiile cristalografice principalele. Dificultatea creşterii acestei orientări cristaline împiedică soluţionarea problemei date. Există două căi posibile de rezolvare a ei:

1. variaţia direcţiei de cristalizare referitor la gradientul de temperatură; 2. tăierea probelor de o numită formă şi orientaţie cristalină din blocul monocristalului masiv.

În cazul structurilor dimensional-limitate problema se complică şi, de regulă, se obţin probe cu o anumită orientare. În cazul firelor aceasta este orientarea )1110( de-a lungul axei fibrei [1], iar în cazul peliculelor – C3 ⊥ planului peliculei [2]. Orientarea (111) în bismut este cea mai simetrică şi totodată prezintă un interes major atât pentru cercetări fundamentale, cât şi pentru aplicaţii practice. Pentru prima dată cu ajutorul recristalizării laser a firelor în înveliş de sticlă au fost obţinute fire de Bi-0,05at%Sn cu orientarea (111) de-a lungul axei firului. Orientarea probelor a fost verificată cu ajutorul diagramelor unghiulare de rotaţie a magnetorezistenţei transversale în diverse câmpuri magnetice la temperatura de 4.2 K. În fig. 1 (a şi b) sunt prezentate diagramele de rotaţie a magnetorezistenţei transversale pentru firele Bi-0,05at%Sn cu două orientări: 1. orientarea standard C2 este perpendicular axei firului, perioada oscilaţiilor 180°; 2. axa trigonală C3 este orientată în apropierea axei firului, perioada constituie 60°, ce confirmă că structura diagramei de rotaţie posedă simetrie trigonală (unghiul de rotaţie se determină de la direcţia axei bisectoare).

Au fost cercetate oscilaţiile Shubnikov de Haas în firele subţiri, în direcţiile indicate în fig. 1(b), în câmpuri magnetice până la 14 T la temperatura de 2.1 K. Existenţa unei şi aceleiaşi perioade )( IH ⊥ a oscilaţiilor ShdH ∆=0.04*10-5Oe-1 de la goluri T pentru diferite orientaţii demonstrează că orientaţia firelor corespunde axei trigonale C3 de-a lungul axei firului.

Se discută posibilităţile manifestării proprietăţilor termoelectrice anomale cu orientarea cristalografică dată la tranziţii topologice electronice induse atât prin extindere, cât şi prin comprimare de-a lungul axei de ordinul trei – C3. Lucrarea dată a fost îndeplinită cu suportul financiar al proiectului 06-408-02-05P. [1]. L. D.Hicks, M.S.Dresselhaus, Phys.rev.B condens Matter.Matter. Phys, 1993, 47, p. 12727. [2]. Y.M.Lin, O.Rabin, S.B. Cronin, J.Y. Ying, M.S. Dresselhaus, Appl.Phys. Lett. 2002. 81, 2403.

0 30 60 90 120 150 1803,9

4,0

4,1

4,2

4,3

4,4

4,5

4,6

4,7

C3

R, k

Ohm

Degree

C3

C2

0 60 120 180 240 3002,960

2,965

2,970

2,975

2,980

2,985

2,990

2,995

3,000

3,005

RH06

RH05RH08

Bi-0.05 Sn, T=2.1

R, k

Ohm

Θ, Degrees

Fig.1. Diagrama unghiulară a magnetorezistenţei transversale ( H=14 T) şi temperatura T=1,5 K pentru firele de Bi-0,05%Sn (d=0,5 µm) cu orientarea standard: axa C2 perpendicular axei firului (a). Diagrama

unghiulară a firelor de Bi-0,05%Sn (d=1 µm) după recristalizarea zonală T=2,1 K, H=3 T. Axa firului corespunde axei C3(b).

a) b)

33

Auger optical quantum transitions with participation of two-dimensional magnetoexcitons and free electrons

S. Moskalenkoa, I. Podlesnya, S. Russua,c and E. Kiselyovab

aInstitute of Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova, 5, Academy str., MD-2028, Chisinau, Republic of Moldova

bMoldova State University, 60, A. Mateevich str., MD-2012, Chisinau, Republic of Moldova cTechnical University of Moldova, 168, Stefan cel Mare av., MD-2004, Chisinau,

Republic of Moldova

The two-dimensional (2D) electron-hole system in a strong perpendicular magnetic field is considered. The combined optical quantum transition with the creation of a magnetoexciton and with a simultaneous excitation of the resident electron from the lowest to upper Landau level was investigated in the second order of the perturbation theory using the electron-radiation and the electron-electron Coulomb interactions. The circularly polarized light excites the heavy holes and spin polarized electrons. They are described in Landau gauge, when the Landau quantization takes place in one in-plane direction y, whereas in x in-plane direction the translation invariance does exist and the momentum conservation law takes place. We supposed that the magnetoexciton is created by the electron on the Landau level en m= and by the hole on the

lowest Landau level 0hn = and is characterized by the 2D wave vector ( ),x yk k kr

. The resident electron in the

initial state on the lowest Landau level has the wave vector T and in the final state on the n-th Landau level has the wave number R. Due to the conservation law for the x components of the wave vectors of photon xQ , of exciton

xk and of the resident electron on the initial and final states the relation x xQ T k R+ = + does exist. It means that the full exciton band participates in the creation of the combined exciton-electron absorption band shape, which has a full band width equal to the magnetoexciton ionization potential ( ),0m

exI k . The probabilities ( ),P n m of the quantum transitions essentially depends on the quantum numbers as follows

( ) 1 1,2 ! !n mP n m

n m+≅ .

34

Proprietăţile termoelectrice ale firelor subţiri de Bi0.95Sb0.05 şi

Bi0.92Sb0.08. Popov I. A.

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, str. Academiei 3/3, Chişinău, Moldova

Este cunoscut faptul, că aliajele de Bi-Sb sunt cele mai bune materiale termoelectrice la temperaturi joase – 180K.

Probele de Bi-Sb în formă de fire subţiri în înveliş de sticlă sunt foarte atrăgătoare de aplicat în calitate de material termoelectric, deoarece sunt mai stabile la acţiunile factorilor exteriori, mai puţin fragile, mai bine protejate de influenţa mediului înconjurător, datorită învelişului de sticlă.

Firele subţiri de bismut şi a aliajelor de bismut – stibiu în înveliş de sticlă de diferite concentraţii de stibiu au fost obţinute din fază lichidă prin metoda Ulitovski.

Au fost efectuate măsurări a dependenţei forţei termoelectromotoare şi a rezistenţei de cîmpul magnetic. Rezultatele obţinute a dependenţei forţei termoelectromotoare a probelor de bismut-stibiu cu concentraţia de 5 şi 8 procente atomice în dependenţă de cîmpul magnetic la diferite temperaturi sunt arătate în fig. 1. În ambele cazuri este depistată mărirea forţei termoelectromotoare la creşterea temperaturii aproximativ pînă la 200 K. La proba de Bi cu 8 procente Sb mărimea forţei termoelectromotoare creşte aproximativ cu 10 procente. Pe graficul α(H) se observă în ambele cazuri mărimea maximă a forţei termoelectromotoare în cîmpuri magnetice pînă la 1T. Mărimea maximală după valoarea absolută a forţei termoelectromotoare la temperatura de 186 K este de -119 µv/K şi -110 µv/K pentru probele Bi0.92Sb0.08 şi Bi0.95Sb0.05 corespunzător. Maximul forţei termoelectromotoare, care de abia se observă la temperaturi joase ( 14 K ), devine destul de pronunţat la creşterea temperaturii pînă la 187 K şi mărimea forţei termoelectromotoare creşte liniar cu temperatura (vezi fig.1). Pe graficul R(H), de asemenea, observăm maximul Bi0.92Sb0.08 a rezistenţei în cîmpuri magnetice 1-5T. Mărimea rezistenţei, de asemenea, creşte cu temperatura. Creşterea mărimii rezistenţii în cîmpul magnetic e destul de mare în comparaţie cu rezistenţa cînd cîmpul magnetic este zero, aproximativ creşte de 3 ori la proba Bi0.92Sb0.08 şi de 5 ori la proba Bi0.95Sb0.05.

Mărimea maximală a power factor pentru Bi0.92Sb0.08 este 1.6*10-7 W/sm*K2, dar pentru Bi0.95Sb0.05 7.4*10-

6 W/sm*K2.

Din analiza datelor experimentale rezultă, că pentru creşterea semnificativă a power factor este necesar să reconstruit spectrul energetic cu ajutorul deformaţiilor elastice sau cu ajutorul alierii.

Lucrarea dată a fost îndeplinită cu suportul financiar al proiectului 06.18 CRF.

0 2 4 6 8-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

60 80 100 120 140 160 180 200-115-110-105-100-95-90-85-80-75-70

αm

ax µ

V/K

α µ

V/K

H T

84 K

14 K

62 K

123 K

150 K

187 K

Bi0,95Sb0,05

T K

0 2 4 6 8

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

60 80 100 120 140 160 180 200-120

-115

-110

-105

-100

-95

-90

a max

µV

/K

Bi0,92Sb0,08

a µV

/K

H T

186 K

99 K

120 K

88 K62 K

25 K

T K

Fig.1. Dependenţa forţei termoelectromotoare de cîmpul magnetic α(H) Bi0.92Sb0.08 (a), Bi0.95Sb0.05 (b).

a) b)

35

New Phenomena in Gallium Phosphide Sergei L. Pyshkin

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences, Academy St. 5, 277028 Kishinev, Moldova

To the moment we have accomplished over 40 years cycle of investigation on the impurity ordering and improvement of quality of the host lattice in Gallium Phosphide. We hope that this international project with a considerable contribution of high professionals from Italy, Moldova, Russia and the United States represents a very experienced collaboration in new materials that possesses the sophisticated facilities to realize commercially impact results therein creating a unique opportunity for the development of novel optical fiber lasers and amplifiers and light emitting displays. The main results accumulated in a lot of works will be generalized in this talk.

Both the investigation and further application of the long-term ordering (LTO) in doped GaP single crystals are of great interest because, besides the fundamental scientific interest and the revealed deep analogies with properties of nanocrystals, the phenomenon gives a unique opportunity to improve perfection of artificially grown crystals and to discover new useful properties applicable for semiconductor device manufacturing.

Results of investigation of the phenomena obtained with the unique collection of ordered GaP single crystals give a new approach to fabrication of integral circuitries for opto- and microelectronics. The choice of aged crystals is explained by the fact that they have very stable characteristics in time (this yields low degradation of devices on their base) in comparison with just grown ones. Some of them (GaP:N, GaP:Bi) also potentially contain giant light capacity and low threshold non-linear effects in dense ordered bound excitonic phase. In particular, the ordered high density bound exciton system with approximately Bohr radius distance between the excitons represents a crystalline excitonic phase that has unique and highly useful properties. The others (GaP:N:Sm, GaP:N:Ge) due to a possibility depending on intensity of excitation to change the channels of irradiative recombination may be used as tunable in color and efficient light sources. These phenomena will be used as the basic elements for new generation of optoelectronic devices.

The data accumulated during 40 years confirms the conclusion on formation of a crystal lattice where periodically disposed impurities modify, improve and essentially change crystalline properties. The motive forces of these changes are gradient of impurity concentration and mechanical strength leading to the diffusion of impurities, their uniform distribution and creation of impurity superlattice. In particular, during the diffusion N impurities overcome energy barriers of the order of 1 eV under normal conditions and periodically substitute P atoms in host lattice of GaP. Our experience and theoretical evaluations show that 10-15 years intervals are necessary for 2-3 times monitoring of the crystals that to clearly observe the long-term ordering process.

With the significant recent progress in semiconductor thin film deposition and growth techniques there is obviously no longer a need to wait for such ordering to occur. Now it is possible to generate crystal-like excitonic phase in artificially ordered GaP:N system, and it gives the unique opportunities to elaborate new generation of photonic devices for transportation, storage and transformation of high density light energy. For instance, a superlattice from GaP/GaP:N with a period of the order of the Bohr radius (5 nm), can be prepared by molecular beam epitaxy (MBE) or by MBE in combination with laser assisted epitaxy (LAE). Elaborated by us combined methods of the laser assisted and molecular beam epitaxies will be applied to fabrication of device structures with artificially ordered impurities; equally with classic methods they will be used for preparation of new types of nanoparticles and their composites with the suitable fluoropolymers.

Further, preparation of a two-dimensional arrangement of N impurities in a GaP film is difficult but also possible with the help of ion lithography. Of course, nowadays this technique is the frontier of technological possibilities, but within the next 2–3 years some very important results are likely to be obtained in this field.

In any case, independently on the method of creation, the impurity-modified crystal lattices and the excitonic (as well as bi-excitonic) phase with translational symmetry are very interesting objects, the properties and possible applications of which are now under investigation. It was the intention of this work to show the effects of impurity ordering on the phonon spectra and luminescence of these materials.

Thus, we pretend to discovery of the two unknown earlier crystal states: 1) modified crystal lattice in which an impurity is an intrinsic component of the lattice and periodically

substitute the host atoms or occupy interstitials; 2) crystalline excitonic phase on the base of N impurity superlattice with identity period equals to the Bohr

dimension of exciton – a new non-linear medium for accumulation, conversion and transport of light energy. Our work has been being carried out for years, however, the most important for device application results will

be obtained only now with the recent progress in preparation of film and multi-layered structures. We hope they will have significant commercial value because it gives an absolutely new optical medium and product.

36

Proprietăţile fotoelectrice ale heterojoncţiunilor ZnTe–CdSe, componente ale

detectorilor de raze ionizante P. Gaşin, C. Rotaru

Universitatea de Stat din Moldova, str. A.Mateevici, 60, MD 2009, Chişinău, Moldova, e-mail: c_rotaru@usm.md Metodele tomografiei computaţionale, care permit restabilirea structurii obiectului cercetat cu o rezoluţie inaltă, găsesc o largă utilizare în diagnostica medicală şi defectoscopia industrială. În ultimul timp, cu acest ţel, pe larg se folosesc detectorii de tipul scintilator-fotodiodă [1, 2], care au o sensibilitate înaltă, zgomot mic şi densitate mare a elementelor în matrice. Aşa detectori se obţin prin unirea mecanică cu ajutorul unei mase cleiose a cristalului-scintilator cu fotoreceptorul. Această metodă cere o prelucrare fină a suprafeţei de contact, iar existenţa unui strat intermediar între scintilator şi fotodiodă aduce la pierderi optice, care micşorează sensibilitatea detectorului. În legătură cu aceasta, au fost elaboraţi detectori de radiaţii ionizante cu structură integrală. În calitate de scintilator sau folosit cristale de ZnSe dopate cu impurităţi izovalente Te sau O, care au maximul de luminescenţă situat la 620-640 nm, iar eficacitatea transformării energiei razelor ionizante în energiea fluxului de lumină de 20%. Ca fotodiodă s-au folosit hetejoncţiunile (HJ) ZnTe–CdSe cu straturi subţiri, care sau depus direct pe cristalul scintilator ZnSe(Te, O). Disconcordanţa mică a constantelor reţelelor cristaline a ZnTe şi CdSe (~0,3%) dau posibilitate de a obţine fotodetectori cu sensibilitate înaltă (randamentul cuantic 0,86-0,92), cu inerţie mică (timpul de relaxare 2⋅10-7 s) [3]. Heterojoncţiunile ZnTe–CdSe au fost obţinute prin depunerea consecutivă a straturilor subţiri de ZnTe şi CdSe pe suprafaţa cristalelor scintilatoare ZnSe(Te), care aveau formă de plăcuţe cu dimensiunile 1x5x5 mm3, utilizând metoda epitaxiei din fază cu vapori [4]. Straturile subţiri ZnTe aveau grosimea 6-12 µm şi se dopau în procesul creşterii cu As şi aveau la 300K concentraţia golurilor (2,1-4,3)⋅1017 cm-3, iar mobilitatea 34-47 cm2/V⋅s. Straturile de CdSe, cu grosimea 4-8 µm special nu se dopau, iar rezistenţa lor este determinată de temperatuira suportului. La schimbarea temperaturii suportului în intervalul (605-696)ºC, concentraţia electronilor variază de la 3,6⋅1015 cm-3 până la 2,4⋅1017 cm-3, iar mobilitatea de la 460 cm2/V⋅s până la 290 cm2/V⋅s. Cercetarea caracteristicilor I(U) a arătat că curentul direct exponenţial depinde de tensiune cu factorul diodic 1,6-2,3 la 300K, ce indică câ în mecanismul de transport al curentului predomină procesele de recombinare a purtâtorilor de sarcină în regiunea de sarcină spaţială a HJ. Bariera de potenţial are valoarea 1,2-1,4 eV. La mărirea intensităţii luminei tensiunea de circuit deschis (UCD) tinde la saturaţie, iar curentul de scurt circuit (ISC) creşte proporţional cu intensitatea luminei. La 300K şi intensitatea luminii 80 mW/cm2, UCD=0,66 V, iar ISC=6,5 mA/cm2. Din caracteristicile de sarcină s-au determinat factorul de umplere FF=0,36 şi eficacitatea transformării energiei luminoase în energie electrică – 4,8%. Spectrul de fotosensibilitate a HJ ZnTe–CdSe cuprinde regiunea lungimilor de undă 0,56-0,85 µm şi este determinat de generarea perechilor gol-electron în ambele materiale-componente. Forma distribuţiei spectrale a fotosensibilităţii depinde de concentraţia electronilor în stratul de CdSe, care este funcţie de temperatura suportului. În cazul concentraţiilor mari (∼1017 cm-3) a electronilor în straturile de CdSe (straturile sunt obţinute la temperaturi joase) fotosensibilitatea este determinată de generarea perechilor gol-electron cum în straturile de ZnTe aşa şi în cel de CdSe. Dacă straturile de CdSe sunt obţinute la temperaturi înalte (concentraţia electronilor este mică ∼1015 cm-3) fotosensibilitatea în principal este determinată de generarea perechilor gol-electron în stratul de CdSe. Posibilitatea de a dirija cu distribuţia fotosensibilităţii HJ ZnTe–CdSe permite efectuarea concordanţei între spectrul de emisie a scintilatorului ZnSe(Te) şi a spectrului fotosensibilităţii detectorului ZnTe–CdSe cu factorul de concordanţă până la 0,72-0,94.

1. Рыжиков В. Д., Шапиро О. С., Игнатов С. М, Сб. Люминесцентные приемники и преобразователи ионизирующего излучения. Тарт. Гос. Ун-т., 1987, 140.

2. Рыжиков В. Д., Сохин В. П., ПТЭ, 5, 177, (1988). 3. P. A. Gashin, A. V. Simashkevich, Phys. Stat. Sol. (a), 19, 379, (1973). 4. P. A. Gashin, A. V. Simashkevich, Phys. Stat. Sol. (a), 19, 615, (1973).

37

Carrier multiplication in quantum dots. Mechanism similar with packeting balls and

alternative Raman scattering phenomena Sveatoslav Moskalenko, Igor Dobinda, Angela Stefan, Vladimir Pavlenko and Igor Lelyakov

Institute of the Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova, str. Academiei 5, Kishinev, MD

2028, Republic of Moldova

The carrier multiplication (CM) in spherical semiconductor quantum dots (QDs) as a result of a single

photon absorption is studied. Semiconductor with simple parabolic electron-hole bands were considered, when the

band-to-band electron photon quantum transitions lead to creation of electron-hole (e-h) pairs with the same

quantum numbers l, n, m of the envelope functions for electron and hole. In the frame of the perturbation theory the

electron-radiation interaction with resonant and antiresonant terms as well as the electron-electron Coulomb

interaction representing the long-range dipole-dipole interaction were engaged.

A mechanism of the CM process similar with the packeting balls in the billiards game is proposed. An

alternative mechanism related with the quantum fluctuation in the electron-photon system leading to the

simultaneous creation from the vacuum of one e-h pair and of a secondary photon is discussed. When their creation

energies are supplied by they energy of the incident photon the CM process is accompanied by the Raman scattered

photon. The creation of two and three e-h pairs in both variants are described. In both cases the first matrix

elements between the initial state i and the first intermediary state 1u is calculated on the base of resonant

electron-radiation interaction. In the packeting balls mechanism the next matrix elements of the perturbation theory

are calculated on the base of Coulomb interaction.

When the quantum fluctuations are taken into account one the next matrix elements are calculated on the

base of the antiresonant part of the electron-radiation interaction.

In the first case CM process is characterized by a Lorentzian-type absorption peak, whereas the CM

accompanied by the Raman scattered photon is characterized by the a smooth absorption plateau. This difference

can explain the existence of the threshold on the frequency dependences of the CM quantum efficiency, in the

spectral regions corresponding to creation of two or three e-h pairs in different QDs.

38

Nonlinear transmission and reflection of supershort light pulses by thin semiconductor films in exciton range of spectrum

P.I. Khadzhi, I.V. Belousov, D.A. Markov, A.V. Corovai

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova, e–mail: tdsu4@idknet.com

It was carried out the investigation of the peculiarities of transmission and reflection of supershort resonant

laser pulses by thin semiconductor films (TSF) in the exciton range of spectrum. We suppose that on the TSF located in vacuum normally incidents the pulses of laser radiation with slowly time-varying envelopes and with the frequency which equals to the exciton selffrequency. The duration of the pulse we suppose to be much less than the exciton relaxation time. In the frame of these conditions the relaxation processes responsible for the true (dissipative) light absorption does not manifest. The coherent photons excite the excitons with the same wave vectors and phase and interact with it. The radiative recombination of excitons leads to the return of the energy to the passed pulse, which determines the pulse reshaping. The problem consists of the determinating of shapes of transmitted and reflection pulses. We take into account only one microfilled mode of the coherent excitons and photons and consider the excitonphoton and elastic exciton-exciton interactions. We obtained the set of nonlinear differential equations for determination of the shape of the transmitted pulse. We suppose that the crystal was in its ground state at initial time. We have obtained that the characteristic response time τ0 of TSF is inversly proportional to the square of the strength oscillator of the exciton transmission and to the film thickness and takes the value about 10-12 – 10-13 s. We predict the appearance of time dependent phase of transmitted pulse. This means that there is the dynamic chirping-effect of transmitted pulse. Its instantaneous frequency is changed and for different times the frequency of transmitted pulse undertakes the dynamical red and blue shifts, the amplitude of which rapidly decreases in time. The phase modulation of transmitted pulses is due to the elastic exciton-exciton interaction. It was shown that by choosing of phase modulation of the incident pulse we can compensate the contribution of the elastic interparticle interaction in the amplitude of exciton wave, which offers us the principal possibility of the experimental determination both the value and the sign of the constant of the excitonexciton interaction. In the essence the selfconsistent phase modulation of incident pulse leads to the instantaneous tuning of pulse into resonance with the shifted exciton level depending on the density of excitons. The propagating pulse follows the position of the exciton level and changes its frequency in such manner that this frequency is in the given relation to the instantaneous exciton selffrequency. By corresponding fitting of the phase modulation of the incident pulse we can enhance or attenuate the role of elastic exciton-exciton interaction in the evolution of system.

If the rectangular pulse without phase modulation incidents on the TSF, then the envelopes of transmitted and reflection pulses are characterized by the oscillations in time with the strong phase modulation. The amplitudes of transmitted pulses tend to its stationary values, which are determined by the pump amplitude. The transmission exhibits the bistable behavior depending on the level of excitation.

39

AREA THEOREMS FOR PROCESS OF PROPAGATION OF ULTRASHORT LASER PULSES IN SEMICONDUCTOR COUPLERS

P.I. Khadzhi, O.V. Korovai

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova

Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova; e–mail: tdsu4@idknet.com

Some peculiarities of coherent nonlinear propagation of supershort pulses of laser radiation in guides of a

coupler are investigated. The guides consist of two–level atoms. The following system of two nonlinear differential equations is derived, which describe the spatial distribution of areas of propagating pulses in the every guide:

( ) ( )

( ) ( ) ( ) ,2,1 ,,

,1sin2 3

==

−+−=

∫∞

∞−

−

jdttxEdx

dxd

jjj

jj

jjj

hΘ

ΘκΘαΘ

where jΘ is the pulse area in j–th guide of the coupler, E j (x,t) is the envelope of the propagating pulse, jα is the absorption coefficient, κ is the coupling coefficient of guides, d j is the dipole moment of transition of two–level atom. The phase trajectories of the system are investigated in detail for different values of two parameters of nonlinearity καα 211 = , καα 222 = , which are the reduced absorption coefficients. For any values of parameters there is one special point in the ( 1Θ , 2Θ )–plane with the coordinates (0, 0), which corresponds to the propagation of solitons with zero areas. The other stationary areas depend significantly on the values of the parameters 1α and 2α .

We proved that the number of special points is bounded. It is shown also that besides the special points the infinite set of concentric limit cycles exists, which corresponds to the complete periodic transfer of radiation from one guide to other. The limit cycle as a periodic orbit is quantized. Change of the pulse areas along every limit cycle is periodic, but the transition from one cycle to other takes place by the drastic change of pulse area by π2 . We predicted the multitude different bifurcations of the system of equations, which lead to the appearance of new special points, to the destroying of limit cycles and to their rebuilding due to the interactions. We predicted also the self–switching phenomenon of the radiation from one guide to other and vice versa for the guides with the same absorption coefficients ααα == 21 . We investigated the limit cases of very different parameters a 1 and a 2 and showed that there are the regimes with the small transfer of radiation.

We considered the effect of the linear interaction of light with medium of guides too and obtained new more complicated area theorems with a great number of new bifurcations.

We have also investigated the steady state propagation of the laser pulse in a three-layer waveguide taking into account the exciton-photon interaction and the optical exciton-biexciton conversion. We have obtained the equations which describe the properties of eigenstats of the nonlinear polaritons in the guide depending on the field amplitude or on the intensity of the propagating pulse. We have predicted the splitting of the dispersion law in two different laws depending on the parameters of medium.

40

The phenomenon of Raman atom-molecule conversion in Bose-Einstein condensate

P.I. Khadzhi, D.V. Tkachenko

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova;

e–mail: tdsu4@idknet.com, dvtkachenko@mail.ru.

Recently the possibility of preparing of atom-molecule Bose-Einstein condensate has attracted wide attentions. Condensed bosonic atoms can be converted to a molecular condensate by using either the photoassociation process or the Feshbach resonance method.

Investigation of the dynamics of atom-molecule optical conversion accompanied by two Raman electromagnetic pulses is of special interest. Such process can give rise to superchemistry, in which a strong coherent stimulation of new chemical reactions is possible via macroscopic occupation of a quantum state by the bosonic chemical species. A number of experimental studies of the coherent atom-molecule conversion have shown that direct conversion via Raman photoassociation appears feasible, based on stimulated free-bound and bound-bound transitions in the presence of two laser fields of different frequencies.

We studied the dynamics of atom-molecule Bose-Einstein condensate treating the Raman process of binding of two atoms into molecule as an indivisible process. Let two identical free condensed atoms with zero kinetic energy at zero temperature convert into a molecule through an virtual excited molecular state by absorbing and emitting two photons. In the frame of mean field approximation we have obtained the set of nonlinear differential equations for densities of atoms, molecules and photons and two equations for polarizations, which describes the time evolution of the system. We can point out that the stimulated Raman atom-molecule conversion is impossible if the molecules and photons as the products of reaction are simultaneously absent at the initial time. For the beginning of the conversion it is necessary to introduce into the system a certain number of the final state photons or molecules. This chemical conversion is dominated by the coherent stimulated process, in which transitions are enhanced by the molecules and photons in the product or output mode. This fact is completely different from the usual chemical kinetics.

The solutions of the obtained equations demonstrate the existence of the oscillations between atomic and molecular condensates, which provide clear evidence of a long-range coherence effect. The stimulated atom-molecule conversion in a condensate is the nonlinear process in the atomic, molecular and field amplitudes. Important signature of the coherent stimulation is the dependence of the amplitude and period of oscillations and the rate of reaction on the initial densities of particles.

We predict the strong dependence of the time evolution of the system on the initial phase difference, which admits the phase control of the stimulated Raman atom-molecule conversion. At the fixed values of the initial densities of particles the change of the initial phase difference leads to the changing both the period and the amplitude of oscillations.

We also have predicted the unique regime of time evolution: if the initial densities of molecules N0 and atoms n0 satisfy the equality n0=4N0 the system is balanced in such manner, that its amplitude of oscillation is found to be zero with nonzero period of oscillations.

We studied in detail and discuss the possible approximations of the process of conversion taking into account different relations between the initial densities of particles.

41

Phenomenon of single-pulse two-photon nutation of coherent biexcitons in semiconductors

P.I. Khadzhi, V.V. Vasiliev

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova, e–mail: tdsu4@idknet.com

Single-pulse two-photon nutation process in the system of biexcitons in semiconductors is the nonlinear

process of periodic conversion of the photon pairs of the same pulse into biexcitons and vice versa. It is well known that the process of two-photon excitation of biexcitations from the ground state of the crystal is characterized by the giant oscillator strength. Therefore the phenomenon of two-photon biexciton nutation can take place even at the moderate level of the optical excitation of the crystal.

We suppose that the phenomenon of two-photon optical nutation takes place under the action of the supershort pulse, the duration of which is much less than the relaxation time of biexcitons. In this case the relaxation processes responsible for the true (dissipative) light absorption does not manifest itself. The energy of both photons of the pulse is equal to the biexciton selfenergy. We take into account only the resonant optical transitions. In the frame of mean field approximation we obtained the system of nonlinear differential equations, which describes the time evolution of the densities of photons and biexcitons. The solutions of these equations are essentially defined by the initial densities of photon and biexcitons, by the initial phase difference and by the resonance detuning between the doubled frequency of photon and biexciton selffrequency. It was shown that in the case of exact resonance and in the presence only the photons at the initial state, the evolution of the system represents the aperiodic process of the conversion of all photons into biexcitons. However in the case of nonzero resonance detuning the conversion process is periodic one and the evolution does not depend on the initial phase difference. If only biexcitons present in the system at initial time the density of them does not change in time.

Let suppose that at initial time the photons and biexcitons present in the system. In this case the time evolution of the densities of particles is defined not only by the initial densities of photons and biexcitons, but also by the value and sign of the initial phase difference. It is shown that the time evolution represents the periodic conversion of the photons into biexcitons and vice versa.

The period and amplitude of oscillations essentially depend on the initial densities of particles, on the initial phase difference and on the resonance detuning. The dependence of the amplitude and period of oscillation on the initial phase difference offers the possibility of phase control of the optical nutation. Of recent years this method of control of the physical processes causes a great interest. Important signature of the coherent nutation is the dependence of the amplitude and period of oscillations of the initial densities of particles.

We predicted three types of oscillations in the system when the phase difference is equal to π –multiple values. Two of these types are the oscillations of the biexciton density above or below the background, which is the value of initial biexciton density. The period of oscillation depends on the initial densities of particles. The third type of solutions represents the oscillation with the zero amplitude, but with nonzero period. This means that the system conserves its initial state, even the densities of excitons and biexcitons at initial state do not equal to zero. We presented the physical interpretation of the predicted phenomena and behavior peculiarities of the system.

42

PHOTOELECTRIC PROPERTIES OF SHOTTKY STRUCTURES BASED ON CDP2 AND ZNP2 CRYSTALS

Stamov I.G., Tkachenko D.V.

Dniester State University, 25 October str., 128, Tiraspol, Moldova, MD – 3300, e–mail: istamov51@mail.ru

The investigation of the photoelectric and electric characteristics of the Shottky-barriers of n-CdP2, α-, β-ZnP2 with the metals was carried out. We established that the region of the spatial charge at the metal-semiconductor interface really was the Shottky-layer, which was formed by the high concentration of the charge of deep centers. The charge transfer in such structures is due to the above-barrier emission. The diffusion model with one or two type of charge carriers describes this process very well. The high concentration of ionized centers in the range of spatial charge leads to the tunnel mechanism of the breakdown in such structures. The spectral dependences of the complex conductivity are determined by the charge exchange of the deep donor with the conduction band and by the recharging of the second.

The Shottky-barriers on the n-CdP2, α-, β-ZnP2 are close by their characteristics, but the break-down in such structures has always the tunnel character in the cases when the concentration of the free charge carriers n≤1022 m-3. The investigation of the current dependencies upon the Shottky-barriers temperatures on the CdP2 shows the strong temperature influence on the tunnel charge transfer in the limit of break-down, which is due to the thermofield ionization of the impurity centers. The temperature influence on the tunnel charge transfer in the Shottky-barriers on the α-, β-ZnP2 n-type are negligible. The obtained results points out to the substantial influence of the deep traps on the formation of metal-CdP2,-ZnP2 structures and on the transfer phenomena in this contacts. The influence of electric field on the photocurrents due to the photoelectronic emission from the metal and to the optical generation of nonequilibrium charge carriers in semiconductor was investigated. It was found that the photocurrent dependency on the modulation frequency of the light flux is determined by the characteristic times of the level recharging at the boundary between the region of the spatial charge and the region of quasineutrality and between the semiconductor and metal.

Influence of the electric field of Shottky-barrier on the photoelectric characteristics of Shottky-structures of metal-CdP2, -ZnP2 and on the exciton states in β-ZnP2 are discussed too. The models of these processes are proposed which satisfactory describe the experimental results. It was obtained a good agreement between the theoretical and experimental results.

43

Peculiarities of the linear propagation of light in semi-infinite fibre arrays P.I. Khadzhi, K.D. Lyakhomskaya

Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova, e-mail: tdsu4@ikdnet.com

Linear and nonlinear optical effects in directional couplers representing fibre arrays attract great

interest because they can be used in fibreoptic communication lines and all-optical data processing systems. In addition, fibre arrays, in which each of the fibres is coupled with its nearest neighbours, are examples of discrete optical systems whose functional features have not been studied completely so far. The study of the functional possibilities of fibre arrays is of current interest. In this connection we note that the properties of light propagation in couplers are different for infinite, semi-infinite, and finite arrays. We present the results of our theoretical study of light propagation in semi-infinite linear fibre arrays by the method of coupled waves.

We obtained the exact solutions of difference-differential equations describing the spatial distribution of the field amplitude in each fibre of the semi-infinite array of identical fibres. The arrays under study differ only in the dependence of coupling constants between adjacent fibres on the fibre number in the array. Although the approach used in the paper is simplified, nevertheless it predicted a number of qualitatively new effects having their own scientific and practical significance.

Consider a semi-infinite system of identical fibres characterized by the same propagation constant. We will describe the stationary propagation of laser radiation in each of the fibres by the system of difference-differential equations. We assume that all the fibres are located in the same plane and the coupling constants depend on the fibre numbers in the array. By this manner we studied the Chebyshev arrays of the first and second kinds, the Hermitean, Legendre and Gegenbauer arrays. We have obtained the exact solutions of the infinite set of difference-differential equations, which describe the spatial distributions of radiation intensity in the fibre providing that only one fiber is pumped at the initial point. We have obtained that the radiation intensity in the pumped fibre is an oscillating and monotonically decreasing function of the distance. We observe the transfer of radiation to the other fibres of the array, which we interpreted as the diffusion of radiation into the inner region in the direction perpendicular to the fibre axis.

That is why the spatial distribution of the light intensity in the fibre array has generally a wave-like shape, with the amplitude decreasing with distance, the crests of several first waves being located deeper and deeper along the axis in the array with increasing the fibre number. The shape of this structure is determine both by the effect of light propagation along the fibre axis and diffusion of light propagation along the fibre axis and the diffusion of light in the transverse direction. The joint action of light propagation and diffusion produces a complicated interference structure of the spatial distribution with the amplified higher-order maxima.

The general property of all the arrays studied is that after end pumping one of the array fibres, radiation is rapidly transferred to fibres with greater numbers. The feature of the spatial distribution of the radiation field are explained by the radiation propagation and diffusion across the array due to coupling between adjacent in the array.

44

Reflectivity of front end a semi-infinite semiconductor under conditions of two-photon excitation of biexcitons

L.Yu. Nad`kin, K.D. Lyakhomskaya P.I. Khadzhi

Dniester State University, Tiraspol, MD 3300, Moldova, e-mail: tdsu4@ikdnet.com Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Kishinev, 2028, Moldova

It is well known that a plane-parallel plate of a nonlinear semiconductor is characterized by multistable

functions of reflection and transmission. This is caused by the wave reflected from the rear end of the plate, which gives rise to feedback and nonlinear interference, leading to multistable transmission (reflection). This result can be obtained in the approximation of slowly spatially-varying envelopes of the field of the electromagnetic wave propagating in the plate as well as in the dispersion limit, when the envelope of the electric-field wave amplitude inside the plate is constant. The reflectivity of the end of an optically homogeneous nonlinear semi-infinite crystal, studied in the approximation of slowly varying envelopes, is, however, a single-valued nonlinear function or, at best, a bistable one. The reason is that in the absorbing semi-infinite optically homogeneous nonlinear medium, in the above approximation, the backward wave does not arise. However, by abandoning the slowly-varying envelope approximation, one can also obtain the multistable function of reflection from the semi-infinite optically homogeneous nonlinear medium.

We present the main results of the theoretical study of the nonlinear reflectivity function for the end of a semi-infinite optically homogeneous and isotropic semiconductor under conditions of two-photon two-pulse excitation of biexcitons from the ground state of the crystal.

Let two pulses of monochromatic laser radiation with the frequencies 1ω and 2ω be incident normally onto a plane vacuum-semiconductor interface. The photon frequencies of each of the pulses are assumed to be in no resonance with either the transition in the excitonic spectral region, or with the transition from the excitonic state to the biexcitonic one in the region of the M band, whereas the total energy of two photons coincides with the energy of excitation of the biexciton from the ground state of the crystal. In general, the two-photon excitation of biexcitons can occur only under simultaneous action of two photons from any of the two pulses, but not of two photons from the same pulse. A fraction of the incident beam penetrates into the medium and propagates in it, exciting biexcitons and interacting with them. The other fraction is reflected. The problem is to determine the reflected pulse amplitudes and reflectivity of the crystal end as functions of the incident pulse amplitudes.

We have obtained the results of calculation of the reflectivities 2

12

11 ir FFR = and 2

22

22 ir FFR = as functions of the amplitudes 1iF and 2iF of the incident pulse fields, using for this

purpose the results of numerical integration. The reflectivities 1R and 2R are determined by the values of the parameters of medium and by the resonance detuning. The linear limit, the reflectuvities are independent of the excitation level. The dependence ( )211 , ii FFR or ( )212 , ii FFR is a complex surface in the space of variables

1iF and 2iF . At small 1iF and 2iF , these surfaces are planes, but as the distance from the origin of coordinates increases, the curvature of these surfaces increases too.

The specific features of behavior of the crystal end reflectivity as a function of the pump power result from renormalization of the energy spectrum of the semiconductor at higt excitation power, which manifests itself in spatial distribution of the field amplitudes. Both distributions are characterized, in the depth of the crystal, by the presence of exponential tails, which, as they approach the end of the crystal, are transformed into nonexponentially varied functions, oscillating in certain spatial regions. The exponential tails result from the effects of nontransmission and absorption of the light in the medium. At high values of the field amplitudes, the nontransmission ceases to be effective and only the effect of nonlinear absorption remains. The oscillatory structure in spatial distribution of the fields is related to the effect of nonlinear dispersion. An appreciable nonuniformity in the spatial distribution of the fields determines spatial nonuniformity of the nonlinear refractive indices, extinction, and internal reflection. As a result, narrow spatial regions with high gradients of the refractive index are formed in the medium. It is these regions in which the backward waves arise.

45

Thermoelectric properties of bismuth telluride nanowires in constant relaxation time approximation

I.M. Bejenari1,2

1 Nanostructures and nanoscale phenomena group, Sector 16 in BLTP, JINR, Dubna, Russia

2 Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies, ASM, Academiei str. 3/3, MD2028, Chisinau, Moldova

The thermoelectric properties of Bi2Te3 nanowires with different rectangular cross section grown along direction [110] and [015] are theoretically studied by using parabolic band approximation. The components of the electron and hole effective mass tensor for six valleys are calculated for both growth directions. Seebeck coefficient S, electron thermal (κ) and electrical (σ) conductivity as well as figure of merit ZT of the nanowires are investigated in framework of the constant relaxation time approximation. The dimensional confinement was shown to play essential role for nanowires with cross section 30×30 nm2 and less. The confinement effect is stronger for direction [015] than for [110] due to the carrier mass difference for these directions. The Fermi energy and carrier concentrations are slightly different for growth direction [110] and [015]. We analyzed the dependence of S, σ, κ, ZT on the temperature, impurity concentration, and nanowire cross section area. The confinement decreases both carrier concentration and minimal value of thermal conductivity but increases maximum value of Seebeck coefficient in contrast to the excess holes (impurities). For example, S=225 µV/K; 245 µV/K; 260 µV/K for nanowires with corresponding transverse cross-section 30×30 nm2; 15×15 nm2; 8×8 nm2 at the excess hole concentration pex=4×1018 cm-3. S=265 µV/K; 245 µV/K; 175 µV/K at the corresponding excess hole concentration pex=2×1018 cm-3; pex=4×1018 cm-3; pex=1×1019 cm-3 for nanowire transverse cross-section 15×15 nm2. The dimensional confinement increases maximum value of ZT and shifts it in the domain of high temperature. Maximum value ZT=1.4; 1.6; 2.5 at the corresponding temperatures 310 K; 390 K; 480 K and cross sections 30×30 nm2; 15×15 nm2; 8×8 nm2 (pex=4×1018 cm-3). Our simple model shows the bismuth telluride nanowire as a perspective quantum structure for thermoelectric applications.

46

Carcteristicile spectrale ale absorbţie suprafeţelor negre de bismut, stibiu şi telur cu

un singur strat şi cu mai multe straturi N.F.Bondarciuc

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, str. Academiei 3/3, Chişinău, Moldova

În lucrarea dată au fost efectuate cercetările caracteristicilor spectrale ale absorbţie condenselor peliculare de bismut, stibiu şi telur şi, de asemenea, particularităţile tehnologice de obţinere a lor cu scopul elaborării suprafeţelor negre cu eficienţă înaltă pentru receptoarele termoelectrice de radiaţie sub formă de pelicule. Obţinerea suprafeţelor negre prin depunerea consecutivă a straturilor diferitor materiale permite obţinerea caracteristicilor spectrale uniforme de distribuire a coeficientului de absorbţie, deoarece caracteristicile individuale ale materialelor se vor „compensa” reciproc.

Pentru obţinerea suprafeţelor negre a fost utilizată metoda evaporării termice a lor prin nacela de molibden. Anterior pulverizării instalaţia a fost spălată cu argon, umplut până la presiunea de 15...20 mm Hg, iar apoi a fost pompat până la rarefierea necesară. Suprafaţa neagră a fost depusă pe substratul de mică la diferite temperaturi de condensare. Peliculele cele mai bune (după proprietăţile optice şi mecanice) au fost obţinute prin evaporarea materialelor la presiunea de 2...3 mm Hg şi temperatura substratului 40...50°C.

Cercetarea spectrului de absorbţie a straturilor suprafeţelor negre obţinute a fost efectuată cu ajutorul aparatului spectrometric în infraroşu în diapazonul 1...25 µm. Capacitatea de absorbţie a suprafeţelor negre a fost evaluată după intensitatea radiaţiei de trecere. Pentru separarea absorbţiei substratului de mică, în canalul paralel de măsurare a spectrometrului a fost fixată o plastină de mică, similară cu cea pe care a fost depusă suprafaţa neagră cercetată. Caracteristicile spectrale ale absorbţie suprafeţelor negre depuse în două straturi stibiu-bismut, bismut-telur şi stibiu-telur (materialele sunt indicate în ordinea depunerii lor) cu grosimea totală 1 µm sunt prezentate în fig. 1.

Fig.1. Caracteristicile spectrale ale absorbţie suprafeţelor negre în două straturi

bismut-stibiu (1), telur-bismut (2) şi telur-stibiu (3) cu grosimea totală a suprafeţei negre 1 µm (câte~0,5 µm fiecare strat) şi a plastinei de mică cu grosimea 20 µm (4).

Sensibilitatea termopilelor peliculare pe suporturile de mică cu grosimea 10...12 µm după depunerea

suprafeţelor negre în două straturi stibiu-telur pe lipitura de lucru a crescut de 2,0...2,2 ori practic fără pierderea rapidităţii, în timp ce depunerea suprafeţelor cu un singur strat asigură creşterea sensibilităţii de 1,6...1,8 ori. Lucrarea dată a fost îndeplinită cu suportul financiar al proiectului 06-408-02-05P.

47

Mecanismul fizic al gravitaţiei cuantice reactive Mihail Gonţa

Colegiul de Informatică din Chişinău, str. Sarmizegetusa 48

Pricina şi procesul de interacţiune gravitaţională a corpurilor materiale constituie una dintre cele mai miraculoase enigme ale naturii şi fizicii contemporane. Consider că această interacţiune e realizată de un mecanism fizic real dar foarte fin , la un nivel micro al materiei cu mult mai profund decît nivelul actual cunoscut al structurii materiei.. Reieşind din concepţia de bază că materia este sursa principală a tuturor forţelor şi interacţiunilor fizice din Univers vom aborda o nouă ipoteză pentru explicarea gravitaţiei, propusă de autor în a. 1975: fiecare corp sau particulă materială emite permanent în toate direcţiile fluxuri de microparticule - gravitoni cu o masă extrem de mică dar cu o viteză cu mult superioară vitezei luminii. Aceste fluxuri uşor străbat materia corpurilor întîlnite în calea sa (la fel ca şi neutrinii) şi produc forţe reactive de comprimare a materiei corpurilor respective. Numărul N de gravitoni emişi (iradiaţi) de orice corp e direct proporţional cu masa m a corpului N=km, unde k este un coeficient ce prezentă o constantă universală a materiei. Această formulă uşor explică aşa numitul principiu de egalitate a „masei inerţiale” şi „masei gravitaţionale” a corpurilor, care apare ca o consecinţă firească a modelului propus. Fluxurile de gravitoni emise de un careva corp interacţionează foarte slab cu materia altor corpuri producînd o inducţie suplimentară de gravitoni care şi realizează forţa reactivă de propulsare a lor spre corpul-sursă, adică gravitaţia. Acest model fizic uşor permite deducerea formulei pentru forţa gravitaţiei universale a lui Newton: F=γMm/(4πR!2). Forma indicată de prezentare a acestei formule (4πR!2 prezintă aria unei sfere) sugerează aceiaşi idee radiaţională a mecanismului gravitaţiei. Faptul că forţa de gravitaţie acţionează la distanţe foarte mari în spaţiul Universului deasemenea conduce spre aceiaşi idee. Remarcăm o proprietate deosebită a gravitonilor – ei produc gravitaţia, dar singuri nu mai emit nimic şi, deci, nu se mai atrag de alte corpuri materiale, sau între ei însăşi. Calculele lui Laplace, observaţiile şi calculele astronomului american Tom Van Flandern şi a. indică o viteză enormă de propagare a gravitaţiei de zeci de milioane şi chiar miliarde de ori de mai mare decît viteza luminii. Abordarea propusă deschide calea spre dezvoltarea unui model realistic al gravitaţiei cuantice reactive care poate explica toate proprietăţile fenomenului gravitaţiei. Considerînd energia gravitonului ca cea mai mică cuantă de energie a materiei, din formula E=mV!2/2=h (h e constanta lui Planck) putem calcula masa aproximativă a gravitonulu µ=10!-60 - 10!-70 g. Calculele respective indică, de exemplu, că Luna e „atrasă” de planetă dătorită forţei reactive produse de emiterea de către masa Lunii în direcţia respectivă numai a circa câtorva zeci de kg de masă a gravitonilor induşi. Modelul propus conduce la consecinţa că orice corp material dătorită emiterii permanente a gravitonilor treptat îşi micşorează masa sa („evaporare gravitonică”a materiei). Considerînd acest proces drept un proces asemănător cu radioactivitatea putem aplica legea şi formula de înjumătăţire a masei corpului M = M0 e-kt ce conduce la o valoare numerica a timpului de înjumătăţire t de circa 5 – 10 miliarde de ani. Una din confirmările modelului fizic propus o constituie descoperirea recentă a micşorării masei etalonului kilogramului. O consecinţă cosmologică surprinzătoare a modelului gravitaţiei cuantice reactive constă în termenul limitat de existenţă a Universului în forma actuală, deşi destul de enorm, - de cîteva sute de miliarde de ani (independent de faptul - e finit sau infinit Universul în spaţiu, deoarece toate corpurile cu masa finită treptat îşi vor micşora masa sa transformîndu-se definitiv în fluxuri de gravitoni ce vor străbate spaţiul cosmic în toate direcţiile cu viteze enorme. Dacă Universul dispune de o configuraţie finită de corpuri materiale, atunci şi fluxurile rezultante de gravitoni se vor depărta în infinitatea spaţiului cosmic). Situl autorului - www.gravity1975.narod.ru (în limba rusă). Din 2002 pe portalul www.membrana.ru continuă forumul respectiv al autorului pe tema dată.

48

A novel diagrammatic technique for the single-site Anderson Model.

V. A. Moskalenko1,2, P. Entel3, D. F. Digor1, L. A. Dohotaru4 and R. Citro5

1Institute of Applied Physics, Moldova Academy of Sciences, Chisinau 2028, Moldova; 2BLTP, Joint Institute for

Nuclear Research, 141980 Dubna, Russia; 3University of Duisburg-Essen, 47048 Duisburg, Germany; 4Technical University, Chisinau 2004, Moldova; 5Dipartimento di Fisica E. R. Caianiello, Universitá degli Studi di Salerno

and CNISM, Unitá di ricerca di Salerno, Via S. Allende, 84081 Baronissi (SA), Italy

One of the important models of strongly correlated electrons is the single-site or impurity model introduced

by Anderson in the 1961 and discussed intensively in many papers. In the last time this model is often used to

describe quantum dots embedded in mesoscopic structures which are wide investigate in experimentaly and

theoreticaly ways. In this paper a diagrammatic theory around the atomic limit is proposed for the single-impurity

Anderson model in which the strongly correlated impurity electrons hybridize with free (uncorrelated) conduction

electrons. The on-site Coulomb interaction U between two impurity electrons invalidates Wick's theorem for local

electrons. Therefore it has been generalized Wick's theorem (GWT) for local electrons, preserving the ordinary

Wick theorem for conduction electrons. Our GWT has led to occurrence of new elements (irreducible Green’s

functions) of our diagrammatic technique. Such approach have already been used by one of us (V.M.) for

discussing the properties of one-band Hubbard model. Using this diagrammatic approach, we prove the existence

of a linked cluster theorem for the vacuum diagrams, derive Dyson type of equations for Green’s functions of the

localized and conduction electrons and corresponding equations for the mixed propagators. The system of

equations can be closed by summing the infinite series of ladder diagrams containing irreducible Green's functions.

Our main approximation comes to the summation of the ladder diagrams which will be enough to obtain the

leading contributions of the spin and charge fuctuations. In the used approximation only the simplest irreducible

Green's function of the localized electrons is considered and iterated many times. By using such approach we have

analysed the simplest case of symmetric impurity Anderson model when the chemical potential 2/U=µ . It has

been calculated the renormalized impurity electron propagator which was used then to obtain more complete

spectral function of impurity electrons and to verify the existence of the resonance at zero energy. In particular, we

have shown that going beyond the Hubbard I approximation, some spectral weight is transferred from the

resonances E = E0 to the energy E = 0. The peculiarity at E = 0 is the novel result of our analysis, and although our

approximation does not yield yet a resonance at zero energy, could be relevant to understand some physical

properties of realistic systems, e.g. spin susceptibility, and the magnetotransport of dilute magnetic alloys or

quantum dots.

49

Proprietăţile magnetice a supraconductorilor de genul doi cu spectrul energetic

anizotropic. Cazul MgB2. M.E Palistrant, V.A. Ursu

Institul de Fizică Aplicată, Academia de Ştiinţe a RM, str. Academiei 5, MD – 2028

Ultimii şase ani se acordă multă atenţie studierii proprietăţilor supraconductive a compusului MgB2.

Acestui material îi aparţin un şir de particularităţi interesante aşa ca: temperatura de trecere în starea supraconductibilă înaltă (40 K), mari valori a câmpului magnetic de sus HC2, şi valori înalte a curentului critic. Acest compus este foarte anizotropic şi anizotropia aceasta se manifestă în structura benzelor energetice. Proprietăţile compusului MgB2 pot fi descrise cu ajutorul modelului bi-bandă, deoarece pe suprafaţa Fermi a acestui material se suprapun două benzi energetice. Banda σ este bi-dimensională, iar banda π - tridimensională. Astfel, acest sistem conţine două grupe de electroni, cărora le corespund cavităţile de pe suprafaţa Fermi cu topologie diferită. Faptul acesta duce la o puternică anizotropie a proprietăţilor magnetice şi în particular a câmpului magnetic de sus HC2.

În lucrarea aceasta pe baza teoriei microscopice a supraconductibilităţii vor fi calculate valorile câmpurilor magnetice critice ab

CH 2 şi cCH 2 pentru sistemul în câmpul magnetic H

r, care este îndreptat perependicular şi paralel

axei cristalografice, respectiv . În baza cercetărilor este pus sistemul de ecuaţii Ginzburg – Landau, care desrie supraconductivitatea sistemului dat în câmpul magnetic [1]. Este generalizată metoda Maki şi Tsuzuki [2] relativ sistemului MgB2, luând în consideraţie caracterul bi-bandă a spectrului energetic şi de asemenea deosăbirea topologiei cavităţilor suprafeţei Fermi.

Sunt deduse ecuaţiile pentru determinarea mărimilor abCH 2 şi c

CH 2 şi aflate soluţiile analitice în regiunea

temperaturilor joase ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛<< 1

CTT

şi în apropierea temperaturii critice ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛<<

−1

C

C

TTT

. Este arătată dependenţa

câmpurilor critice sus menţionate de temperatură în intervalul 0 < T < TC şi cercetată influenţa valorilor parametrilor teorie asupra relaţiei c

CabC HH 22 , care determină anizotropia câmpului magnetic critic de sus.

Pentru cazul MgB2 au fost folosite parametrele interacţiunii electron – fononice, determinate în lucrarea [3] pe baza teoriei bi-bandă cu interacţiunea puternică a electronilor cu fononi şi concordanţa acestei teorii cu datele experimentale. Bibliografia

1. V.A. Moskalenko, Jurnal Exper. Teor. Fiz, 51, 1163 (1966). 2. K. Maki and T. Tsuzuki, Phzs. Rev., 139, A, 868 (1965). 3. M.E. Palistrant, V.A. Ursu, Jurnal Exp. Teor. Fiz., 104, 51 (2007).

50

DETERMINAREA VISCOZITĂŢII LICHIDELOR ÎN FUNCŢIE DE TEMPERATURĂ

B. Korolevski, E. Popescu, L. Comerzan

Universitatea de Stat din Tiraspol, 2069, Moldova, Chişinău, str. Iablocichin, 5

Se ştie că starea lichidă este intermediară între stările solidă şi gazoasă la o presiune puţin mai sus de presiunea punctului triplu. Din aceasta rezultă, că lichidele se deformează continuu, sunt incompresibile şi au o suprafaţă liberă.

Se poate, deci, conchide că lichidele se deosebesc de gaze prin densitate (mult mai mare), compresibilitate (mult mai mică) şi existenţa unei suprafeţe libere aparente, iar de solide se deosebesc prin aceea că se deformează continuu, având şi proprietatea de curgere.

Toate aceste deosebiri dintre lichide, gaze şi solide determină mecanismul proprietăţilor fizice, în particular mecanismul fenomenului de frecare interioară, care în mod esenţial se deosebeşte de aceasta în gaze.

În primul rând această deosebire se referă la caracterul dependenţei de temperatură a coeficientului de viscozitate η(T). Teoria arată că pentru lichide viscozitatea scade odată cu creşterea temperaturii. Conform teoriei, coeficientul de viscozitate în lichide este invers proporţional mobilităţii particulelor, care la rândul său este

proporţională coeficientului de difuzie D. Deci, în lichide η ~ D1

şi deoarece D ~ kTE

e∆

−, devine clar de ce

viscozitatea lichidelor se micşorează cu creşterea temperaturii. Pentru un interval nu prea mare de temperatură, teoria ne aduce la următoarea expresie pentru coeficientul de

viscozitate:

η = A kTE

e∆

−, (1)

unde A este o constantă, care are dimensiuni de viscozitate şi care nu depinde de temperatură. Formula (1) este obţinută în teoria lui Frenchel, iar aparmetrul ∆E este numit energie de activaţie a

particulelor egală cu energia minimală necesară pentru deplasarea moleculei lichidului dintr-o stare sedentară în alta. În cazul lichidelor, noţiunea de energie de activaţie joacă rolul decisiv în explicarea ideii fenomenului de transport în lichide. Dacă se măsoară experimental dependenţa η = f(T) într-un interval îngust de temperatură, atunci în conformitate cu (1) se poate determina ∆E.

Drept lichide de cercetare au fost folosite apa, ulei de floarea soarelui, glicerina şi uleiul de motor (lubrifiant tehnic). Măsurările au fost făcute în intervalul de temperatură (150C ÷ 900C). Valorile medii ale coeficientului de viscozitate sunt prezentate pe graficul 1.

Valoarea medie a parametrului ∆E calculată pentru două temperaturi diferite este aproximativ egală cu (0,25±0,03)eV pentru uleiul de floarea soarelui şi (0,37±0,5)eV pentru uleiul de motor. A fost confirmată validitatea

legii Stokes: 0004,0;1 ≈<<= ee RVdRη

. Deci se îndeplinesc condiţiile de mai sus.

1,00

0,75

0,50

0,25

0,100

0,075

0,050

0,025

0 20 40 60 80 100 t, 0C

η(Pa

·s)

η(Pa

·s)

Graficul 1. - apă, - glicerină, - ulei de floarea soarelui, - ulei de motor (lubrifiant tehnic)

51

DETERMINAREA COEFICIENTULUI MECANISMULUI DE ÎMPRĂŞTIERE A PURTĂTORILOR DE SARCINĂ ÎN MATERIALELE TERMOELECTRICE

L. Comerzan

Universitatea de Stat din Tiraspol, 2069, Moldova, Chişinău, str. Iablocichin, 5

Este cunoscut că trecerea sistemului în starea de echilibru după anularea acţiunii forţei exterioare, poate avea loc numai în rezultatul ciocnirilor particulelor în acest sistem, adică prin procesul de împrăştiere. Centrele de împrăştiere sunt „obiectele” cu care pot să interacţioneze purtătorii de sarcină şi, care pot fi de diversă natură. Drept centre de împrăştiere pot fi atomii de impurităţi neutri şi ionizaţi, oscilaţiile acustice (fononii) şi optice ale reţelei cristaline, diferite defecte (dislocaţii şi locuri vacante) ş.a. Interacţiunea purtătorilor de sarcină cu astfel de centre de împrăştiere, în cele din urmă, determină mărimile reale a coeficienţilor cinetici, de exemplu, mărimea şi dependenţa de temperatură a mobilităţilor şi forţei termoelectromotoare. De exemplu, în cazul oscilaţiilor atomilor reţelei se prescriu proprietăţi de cuaziparticule, numite fononi. La propagarea lor în cristal are loc schimbarea structurii energetice a cristalului, care este echivalentă apariţiei energiei potenţiale variabile a purtătorilor de sarcină – numită potenţial de deformaţie. În cazul dat coeficientul mecanismului de împrăştiere este egal cu zero.

Centrul de impurităţi ionizate prin reţeaua semiconductorului creează un cîmp electric cu energie potenţială

reUε

2

= ,

unde ε – constanta dielectrică. Problema mişcării purtătorilor de sarcină în aşa cîmp este analogică difuziei particularităţilor α în experienţa lui Rutherford şi deci se poate de folosit formula lui Rutherford la calculul timpului de relaxare.

Coeficientul mecanismului de împrăştiere poate fi apreciat din metodele termoelectrice. Dacă se ştie structura zonelor de energie atunci se poate determina coeficientul r din dependenţa coeficientului forţei termoelectromotoare de temperatură α(T) şi altor efecte. În cazul dependenţei pătratice a energiei purtătorilor de sarcină de cuaziimpuls şi a degenerării puternice poate fi folosită relaţia

( ) ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

23

3

*2

32

235

232

rne

TmkTh

πα ; (1)

În conformitate cu (1) a fost apreciat coeficientul mecanismului de împrăştiere pentru materialele

termoelectrice Bi2Te3, Bi-Sb-Te, folosind rezultatele experimentale pentru α(T), concentraţie şi masa efectivă. Calculele efectuate pentru T = 77K au dat pentru r ≈ 2 de unde se poate spune că împrăştierea are loc pe ionii de impurităţi. Pentru T = 300K, relaţia (1) nu confirmă nici unul din mecanismele de împrăştiere.

52

INTERACŢIUNEA DONOR-ACCEPTOR ÎN ANTIMONIDUL DE GALIU DOPAT CU FIER

Eugen Gheorghiţă, Leonid Guţuleac

Universitatea de Stat din Tiraspol, 2069 MD, Chişinău, str. Gh. Iablocichin, 5, Moldova

gheorghitae_ust@yahoo.com

Antimonidul de galiu ocupă un loc deosebit în familia combinaţiilor AIIIBV cu proprietăţi semiconductoare. Particularităţile acestui material se datorează atât structurii benzilor energetice, cât şi comportării în el a diferitor impurităţi. Rezultatele cercetărilor ştiinţifice cunoscute în literatura de specialitate privitor la comportarea impurităţilor din grupul elementelor de tranziţie în diefrite combinaţii din categoria AIIIBV confirmă o comportare neobişnuită şi neadecvată. Privitor la comportarea acestor impurităţi în antimonidul de galiu sunt cunoscute, în principiu, două lucrări [1, 2].

În această lucrare sunt puse în discuţie particularităţile spectrului energetic al purtătorilor de sarcină electrică în antimonidul de galiu dopat cu fier în diferite concentraţii. Rezultatele expuse au fost obţinute în baza studierii experimentale a spectrelor de iradiere şi a cunoscutului efect Hanle. Probele studiate în această lucrare s-au obţinut prin metoda modificată a topirii zonale. Concentraţia dopantului a variat în diapazonul 0,05÷3 % atomare. Atât antimonidul de galiu nedopat, cât şi antimonidul de galiu dopat cu fier în concentraţiile menţionate s-au dovedit a fi materiale cu conductivitatea electrică de tipul p.

În raport de concentraţia materialului dopant concentraţia impurităţilor (NA-ND) a variat în intervalul de valori (1017÷1019 cm-3). Acest rezultat poate servi ca o confirmare experimentală a faptului, că fierul în antimonidul de galiu este activ din punct de vedere electric şi contribuie la majorarea concentraţiei golurilor.

Experimentele au fost realizate într-un interval larg de temperaturi (4,2÷300 K) şi în prezenţa unor câmpuri magnetice exterioare cu inducţii magnetice de până la 6 T.

Spectrele de iradiere la temperatura T=4,2 K în lipsa câmpului magnetic exterior au o structură compusă. Se analizează şi se identifică particularităţile tranziţiilor optice răspunzătoare de liniile spectrale înregistrate. Spectrul de iradiere al antimonidului de galiu cu un conţinut relativ mic de fier (0,05% atomare) practic are aceeaşi structură ca şi spectrul de iradiere al antimonidului de galiu nedopat. În cazul ultimului spectru s-au identificat tranziţii de tipul donor-acceptor şi tranziţii determinate de anihilarea excitonilor legaţi.

Mărirea concentraţiei fierului contribuie la apariţia unei linii spectrale noi. Intensitatea relativă a liniilor de iradiere este proporţională cu concentraţia fierului. Poziţia acestor linii şi modificările înregistrate au permis de a determina energia de ionizare a fierului, care s-a dovedit a fi egală cu circa (20±2) meV.

Studierea efectului Hanle a permis de a determina timpul de viaţă a purtătorilor de sarcină de neechilibru şi timpul relaxării de spin. Ambele caracteristici depind evident de concentraţia fierului. A fost propus un model cu ajutorul cărui se explică aceste particularităţi.

Bibliografie:

1. Л. П. Круковская, И. Ф. Миронов, А. Н. Титков //ФТП, 1978, т. 12, В 4, с. 689. 2. Е. И. Георгицэ, Л. М. Гуцуляк, В. И. Иванов-Омский, В. М. Погорлецкий, А. Н. Титков // Письма

в ЖТФ, 1991, т.17, в.17, с.21.

53

Resonance Energy Transfer in Multipolar Approximation.

Visarion Y.Gamurar, Viorel N. Enachi*, and Denis A. Dotenco

Department of Theoretical Physics, State University of Moldova, str. A. Mateevici 60, MD-2009 Chişinău

*viorelenachi@yahoo.com

Resonance Energy Transfer (RET) is the principal mechanism for the intermolecular or intramolecular redistribution of electronic energy following molecular excitation. In terms of fundamental quantum interactions, the process is properly described in terms of a virtual photon transit between the pre-excited donor and lower energy (usually ground-state) acceptor. Over subnanometer distances, donor-acceptor energy transfer commonly displays a rate characterized by a negative exponential dependence on the pair separation. Attributed to an electron exchange involving wave function overlap, this mechanism was thirst formulated by Dexter in the 1950s to account for the phenomenon of sensitized luminescence. Our concern is with energy transfer between electronically independent donor-acceptor moieties, beyond significant wave function overlap. Until the late 1980s, when a resurgence of interest culminated in a fresh development of theory, such RET was widely considered to proceed by one of two distinct mechanisms. In the short range (nanoscale separation regime) a radiationless transfer mechanism exhibiting on inverse sixth power distance dependence was deduced by the Forster. In the long-range (pair separation exceeding optical wavelengths) a radiative, photon emission-capture process yielding the familiar inverse square law was thought to operate -the latter mechanism attested by the reabsorbtion of photon in optically thick samples. In a unified theory formulated by Andrews and co-workers in a series of works the radiationless and radiative mechanisms were identified as the shot- and long-range asymptotes of a single mechanism. Based on quantum electrodynamics (QED) and following ground-breaking quantum mechanical work by Avery and Gromberoff and Power, the unified theory established energy transfer as the process mediated by the propogation of virtual photon, optical quanta whose character becomes progressively “real” and energy conserving as their propagation distance (and hence lifetime) increases. In the unified theory description, the coupling of donor and acceptor transitions is mediated by the propagation of a virtual photon. These messenger particles cannot be directly detected; in this respect the virtual photon assumes a role similar to that of virtual electronic states involved in scattering processes. The virtual photon formulation entails summation over all possible wave-vectors and polarizations, just as virtual molecular states invoke a summation over energy levels. At relatively small interaction-pair separation (those within normal Foster limits) photon time of flight is shot and a large uncertainty in the system energy is present. However, as the interaction-pair separate this uncertainty is reduced, effectively imposing on the virtual photon on increasingly real character until (in the regime of radiative transfer) virtual traits become indiscernible. In principle even seemingly pure radiative photons retain some virtual character associated with time-energy uncertainty. “In a sense every photon is virtual, being emitted and then sooner or later being absorbed”. In the unified theory this behavior is seamlessly accommodated into a single, very simple but all-encompassing rate equation. Recent developments in the tools of molecular quantum electrodynamics have led to more accurate depiction of virtual photon behavior. No process involving virtual states can adequately be presented using energy level diagrams, as is well known. However the time-ordered diagrams conventionally adopted for such purposes, constructed from word-line segments and departure/arrival conjugations, fail to meaningfully represent the virtual photon coupling of an interaction-pair. The messenger has indefinite wave-vector, for example, and in this alone the pictorial representation is incorrect. Moreover the associated machinery becomes enormously cumbersome when applied to more complex, intricately coupled energy pooling systems. A very recently developed hyperspace description of molecular QED circumvents these and other problem- not only in connection with energy transfer and associated multiphoton processes but also nonlinear optics-and it is this approach which is adopted for our purpose. It is the main purpose of this work to explore difficulties and alternative calculational strategies in the quantum treatment, and to extend the theory by full inclusion of multipole interactions in the time-dependent treatment. In time-dependent treatment non-causal results appear. Non-causality is thus one among several difficulties in our analysis. The application of this analysis to the physical situation must be in question, and it is not obvious that non-causality is to be treated seriously, particularly given the time-energy uncertainty.

54

A VIBRONIC MODEL FOR ABSORPTION SPECTRA OF Cr2+ IONS IN

CdSe0.6S0.4 O. Reua, S. Ostrovskya, A. Palii a, E. Toweb, S.Klokishnera

aInstitute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, MD-2028, Kishinev, Moldova bElectronics Engineering Department, Carnegie-Mellon University Pittsburgh, PA

In memory of Professor Yurii Perlin on the occasion of his 90th birthday – to highlight his exceptional

achievements and kudos

Since the pioneering research works [1] on detailed investigation of the spectral properties of metal-doped zinc chalcogenides, laser operation on the transition 2

55 TE→ in the Cr2+ ion in chalcogenide host materials like ZnSe, CdSe, ZnS, CdMnTe has been demonstrated. Recently an experimental study of CdSexS1-x crystals doped with Cr2+ has been performed [2]. Alloying with CdS gives the possibility to shift the position of the Cr2+ band in the mid IR spectral region towards higher energies and to increase the band gap of the host material, which might decrease the chance of excited state absorption. In the present communication we report a vibronic model of the absorption bands of the +2Cr ion in CdSe and CdSe0.6S0.4 crystals. For the CdSe0.6S0.4:Cr2+ system the most probable nearest neighbor arrangements of the Cr2+ ion are found to include i) four selenium atoms, ii) three selenium and one sulfur atom or three sulfur and one selenium atom, iii) two selenium and two sulfur atoms. It is assumed that the substitution of selenium atoms with sulfur ones leads to the change of the symmetry of the nearest environment due to the different radii of Se and S atoms. In the complexes CrSe4 and CrSe2S2 the symmetry of the ligand field is Td and C2v, respectively, while in the complexes CrSe3S and CrS3Se the chromium ions acquire a trigonal symmetry surrounding (C3v). First, for these ligand surroundings of the Cr2+ ion the crystal field splittings and the vibronic coupling parameters have been microscopically calculated in the exchange-charge model of the crystal field taking account for covalence effects. Then, on this basis the vibronic Jahn-Teller problems have been defined and solved numerically. In calculations of the absorption band arising from the transition 5T2 → 5E of the Cr2+ ion in the CrSe4 cluster the interaction of the 5E term with the full symmetric and tetragonal vibrations of the selenium ligand surrounding and the interaction of the 5T2 term with the trigonal vibrations were taken into account. For the CdSe :Cr2+ crystal the calculated absorption spectra at 80 and 300 K prove to be in a good agreement with the experimental data. In the CrSe3S species the trigonal crystal field splits the ground 5T2 term into the singlet 5A1 and the doublet 5E(1), while the excited 5E doublet remains unsplit. The gap separating the states 5A1 and 5E(1) significantly exceeds the thermal energy and thus the absorption band originating from CrSe3S species is due to the optical transition 5A1 → 5E. The interaction of the ground 5A1 with two repeated a1-vibrations and the interaction of the 5E- term with the doubly degenerate e mode and the mentioned a1-vibrations are responsible for the formation of the absorption band of the CrSe3S complex. In the CrSe3S cluster the order of the levels 5A1 and 5E(1) is reversed. In this case the band arises from the transition 5E(1)

→ 5E, and the interaction of the 5E and 5E(1) terms with two full symmetric vibrations and the e-mode is relevant. The optical band corresponding to the impurity cluster CrSe2S2 is formed by two transitions between orbitally nondegenerate levels interacting with one-dimensional vibrations. The total spectrum of the CdSe0.6S0.4:Cr2+ crystal has been calculated by summation over partial spectra arising from all mentioned species. The model suggested reproduces rather good the observed spectra. Comparing the results of quantum-mechanical calculations with experimental data we arrive at the conclusion that the species with the mixed ligand surroundings give the main contribution to the observed spectrum and provide the blue shift of the absorption band in the IR range.

1. L.D.Deloach, R.H.Page, G.D.Wilke, S.A.Payne, W.F.Krupke, IEEE J. Quant. Electron. 1996 , 32, 885 . 2. V.Kasiyan, Z.Dashevsky,R.Shneck, Y.Korostelin,A.Landman, Proceedings of SPIE,2006,5946, 325.

The research described in this publication was made possible in part by Award BGP-III Award #

MOP2-3056-CS-03 of the Moldovan Research and Development Association (MRDA) under funding from the CRDF .

55

Semiempirical Calculations of the Vibronic Coupling Parameters for ZnAl2S4 and CdIn2S4 Crystals Doped with Divalent and Trivalent Chromium Ions

S. I. Klokishner(1), O. S. Reu(1), A.V. Palii(1), S. M. Ostrovsky(1), L. L. Kulyuk(1), B.S.Tsukerblat(2), E. Towe(3)

(1)Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Academy Str. 5, MD 2028 Kishinev, Moldova;

(2)Chemistry Department,Ben-Gurion University of the Negev,Beer-Sheva 84105,Israel, (3) Electronics Engineering Department, Carnegie-Mellon University Pittsburgh, PA 15213, USA

Semiconducting spinel-type compounds doped with transition metal ions are currently important due to their existing and promising applications as an active media for solid state lasers and nonlinear optic devices. The problem of tunable lasers revived acute accent on the study of the effects of the vibronic interactions (including Jahn-Teller (JT) effect) in spinel-type crystals doped with transition metal ions. The study of these key properties of the active media is expected to offer a rational way for extension of the operational characteristics such as coverage of a broader spectral range and reduced excited state absorption. The aim of the present contribution is the evaluation of the vibronic JT coupling constants for doped ZnAl2S4:Cr2+, ZnAl2Se4:Cr2+, CdIn2S4:Cr2+, CdAl2Se4:Cr2+, ZnAl2S4:Cr3+, CdIn2S4:Cr3+ crystals in the framework of the exchange charge model of the crystal field (B. Z. Malkin, in Spectroscopy of Solids Containing Rare-Earth Ions, Eds. A. A. Kaplyanskii and R. M. Macfarlane; North-Holland, 1987, p.13), which properly takes into account the covalence effects.

The results of the calculation of the vibronic coupling parameters ( )25TΓυ and ( )EΓ

5υ for the excited 5E and the ground 5T2 terms of the Cr2+ ion occupying the tetrahedral positions are listed in the Table (in cm-1) for all active modes Γ ( e and two t2 modes for 2

5T , and a1 and e modes for E5 ). These results show that for the E5 term the strength of interaction with the E and 1A modes is approximately the same. The 2

5T term interacts mainly with the )1(

2t vibrations. However, the interaction of this term with the e-vibrations is smaller but appreciable. At the same

time the constant of interaction of the 25T term with the second 2t -vibration is negligible. The results obtained

Table: Calculated values of the vibronic coupling constants (in cm-1)

Crystal ( )2

5Teυ ( )251

2T)(

tυ ( )252

2T)(

tυ ( )Ea5

1υ ( )Ee

5υ

ZnAl2S4:Cr2+ 250 490 46 -270 201 ZnAl2Se4:Cr2+ 222 443 36 -150 177 CdIn2S4:Cr2+ 213 502 20 -201 156

CdAl2Se4:Cr2+ 200 474 11 -183 140 ( )2

41

Taυ ( )24Teυ ( )2

42

Ttυ

ZnAl2S4:Cr3+ -785 554 173 CdIn2S4:Cr3+ -747 530 173

are in contradiction with the prevalent belief that the JT interaction in both the ground and excited states with the tetragonal vibrations is dominant. The calculations obviously show that the full symmetric vibrations for the E5 state and the tetragonal vibrations for the 2

5T state cannot be neglected and also play an important role in the formation of the optical bands of +2Cr doped spinel-type compounds. Thus, we arrive at the three-mode JT problem )( 1 eaE +⊗ for the E5 state and a five-mode Jahn-Teller problem )( 22 teT +⊗ for the 2

5T state. The vibronic coupling constants ( )2

4TΓυ for the excited 4T2 term of the Cr3+ ion interacting with the a1, e and t2 modes of the octahedral surrounding are also given in the Table. In contrast to the tetrahedrally coordinated Cr2+ ion for the Cr3+ ion in the octahedral surrounding the interaction with the trigonal mode is weak, and the

24

24 TA ⇔ band arises mainly from the interaction with the full symmetric and the tetragonal vibrations. The six-mode JT )( 212 teaT ++⊗ - problem is thus reduced to the three-mode )( 12 eaT +⊗ - problem. Financial support of MRDA/CRDF (Award No.BGP-III Award # MOP2-3056-CS-03 ) is highly appreciated.

56

Optical, sensitometric and holographic properties of photoresists based on

sulfur-containing carbazole oligomers Bivol V., Meshalkin A., Prisacar A., Vlad L., Robu S.

Center of Optoelectronics of Institute of Applied Physics of Academy of Sciences of Moldova 1 Academiei str., MD-2028, Chisinau, Moldova

e-mail: bivol@as.md

It is known that presence of sulfur atoms in carbazole-containing polymers moves the photosensitive area of material in long-wavelength side of spectral range. So, for example, in articles [1,2] is noted that photoconductive layers based on poly(-9-carbazole)thiirane (PCT), sensitized by electron-seeking additives have a photosensitivity more than 2 times higher than a well-known analog poly(-9-epoxypropyl)carbazole (PEPC). In this connection the investigated properties of photoresistive (PhR) layers based on poly(-9-carbazolmethyl)thiirane sensitized by iodoform CHI3 and by photochromic additives of the pyran type.

Poly(-9-carbazolmethyl)thiirane as well as oligomeric PEPC were obtained by the anionic mechanism at 100-120ºС temperature.

N

CH2

CHO CH2

n

N

CH2

CHS CH2

nPEPC PCT

Obtained oligomers were purified by double reprecipitation in methanol. Molecular weight is from 2000 up

to 3000. Glass transition temperature constitute from 73 up to 80ºС. Presence of sulfur in PCT improves the mechanical characteristics of layers (strength, adhesion, film forming).

Photoresistive layers were obtained from a composition of oligomeric PCT containing about 10% of iodoform CHI3 and also pyran photochrome 6 '- nitro -8-bromo-1,3,3-methylindolinospirobenzopyran (BNSP). In the same way the analog photoresistive layers based on PEPC were prepared.

Investigation of absorption spectra in visible range shown, that PhR-layers based on oligomers with CHI3 are transparent in visible area from 450 nanometers, and after irradiation by UV-light are coloured in blue-green color with appearance of two absorption bands in the field of 430-480 nm and especial in the field of 640-660 nm. In case of ternary systems the layers oligomer-CHI3-BNSP are initially painted and have two absorption bands with maximums of 590 nm (PEPC) and 610 nnm (PCT), and after UV-irradiation are discolored and photocross-linked simultaneously. Investigations shown, that layers from PCT are crosslinked within 4-6 minutes, that in 1,5-2 times is faster, than analog photoresistive layers of PEPC.

Photoresistive layers from poly(-9-carbazole)thiirane are suitable for optical and holographic recording of images.

This work is supported by Institutional Project 06.408.018A “Senzori şi sisteme optoelectronice pe baza materialelor necristaline” and by National Program “Cercetări fundamentale şi elaborări de materiale şi dispozitive pentru aplicaţii fotonice şi optoelectronice” through Project 07.408.04.06.PA “Modelarea, elaborarea si producerea materialelor, structurilor şi elementelor optice difractive nanodimensionale pentru aplicaţii în comunicaţii optice”.

57

Fotoluminescenţa cristalelor de GaS şi GaSe dopate cu Mn Igor EVTODIEV, Elmira CUCULESCU, Iuliana CARAMAN*

Universitatea de Stat din Moldova, str. A.Mateevici, 60, MD 2009, Chişinău, Moldova, e-mail: elmira@usm.md *Universitatea din Bacău, Calea Mărăşeşti, 157, 600115, Bacău, România

Au fost studiate spectrele de fotoluminescenţă ale cristalelor de GaS şi GaSe special nedopate şi dopate cu

Mn. Cristalele calcogenurilor de Ga au fost crescute din topitură prin metoda lui Bridgman. Doparea cu 0,05 % at. de Mn s-a efectuat în procesul de creştere a monocristalelor. Din blocuri monocristaline au fost despicate plăci cu grosimea de la ∼ 250 µm până la ∼ 3 mm. Prezenţa atomilor de Mn în cristalele respective a fost stabilită după perechea de linii rezonante λ1=2798,27 Å, λ2=2801,06 Å. De asemenea păstrarea intensităţii acestor linii de la probe selectate din diferite regiuni a eşantionului serveşte ca indicatoriu despre doparea omogenă a eşantioanelor cu Mn. Spectrele de emisie atomică au fost înregistrate cu ajutorul spectrografului PGS-2 folosind excitarea plasmei cu impulsuri (τ=10-8 s) de radiaţie a laserului de Al2O3 Cr3+.

Spectrele de fotoluminescenţă au fost excitate cu impulsuri de radiaţie a laserului N2 (λ=0,337 µm, τ=10-8 s).

a) Cristalele GaS(Mn) Spectrul de fotoluminescenţă al cristalelor de GaS la temperatura de 78 K este compus din trei benzi cu

maxim la 1,6, 2,0 şi 2,2 eV şi este determinat de recombinarea purtătorilor de sarcină de neechilibru prin intermediul perechilor donor-acceptor. De asemenea se evidenţiază o luminescenţă de intensitate mică localizată în regiunea excitonilor indirecţi (ħω≈2,55 eV).

Doparea cristalelor de GaS cu Mn conduce la micşorarea de ∼ 3 ori a intensităţii benzilor de emisie excitonice. Totodată se amplifică de mai mult de 10 ori intensitatea luminescenţei în regiunea oranj a spectrului. Benzile de luminescenţă 2,0 şi 2,2 eV în cristalele nedopate se contopesc şi formează o singură bandă cu contur simetric şi maxim la 2,0 eV. Intensitatea acestei benzi liniar creşte odată cu intensitatea fascicolului excitant, ceea ce serveşte ca criteriu afirmativ pentru luminescenţa prin intermediul centrului de luminescenţă.

b) Cristalele GaSe(Mn) Spectrele de fotoluminescenţă au fost înregistrate la temperatura de 77 K. Au fost folosite eşantioane în

prealabil tratate termic în vid timp de 48 ore la temperatura de 680 K. Spectrul de luminescenţă al cristalelor nedopate de GaSe se prezintă cu o emisie intensă în regiunea excitonică (ħω≈2,085 eV) şi cu o intensitate relativ mică a benzii donor-acceptor.

Doparea cristalelor de GaSe cu Mn conduce la micşorarea intensităţii benzii excitonice, dar se evidenţiază o majorare neînsemnată a benzii donor-acceptor. Totodată se formează o nouă bandă de emisie cu maxim larg la 1,78 eV.

Este de menţionat că în această regiune spectrală este prezentă banda de luminescenţă condiţionată de defectele proprii în cristalele de GaSe. Aşadar, referitor la natura acestei benzi pot exista două modalităţi – atomii de Mn creează defecte structurale în GaSe sau formează centre de luminescenţă de tipul Mn3+.

Raza covalentă a atomilor de Mn este comensurabilă cu acest parametru al atomilor de Se şi este mai mică decât a atomilor de Ga, astfel aceştea uşor ar putea fi localizaţi în vacanţele de Ga, formând astfel centre ionizate de tipul Mn3+. Totodată atomii de Mn pot să fie localizaţi în spaţiul dintre planele atomilor de Se, creând astfel clusteri din câţiva atomi de Se. Această modalitate de aranjare a atomilor de Mn poate conduce la amplificarea luminescenţei prin impurităţi.

Pentru a stabili mecanismul de luminescenţă a cristalelor GaSe(Mn) în lucrare se analizează conturul liniei de emisie cu maxim la 1,78 eV.

58

Unele proprietăţi optice ale cristalelor de GaSe dopate cu elemente din grupa I(Li şi

K) Mihail CARAMAN, Igor EVTODIEV, Elmira CUCULESCU

Universitatea de Stat din Moldova, str. A.Mateevici, 60, MD 2009, Chişinău, e-mail: elmira@usm.md

Legăturile polarizaţionale slabe dintre împachetările stratificate de tipul Se-Ga-Ga-Se permit

implementarea atomilor cu raza covalentă mică în spaţiul dintre planele atomice de calcogen ale împachetărilor vecine. Întrucât în stare normală legăturile de valenţă la suprafaţa împachetării stratificate sunt închise, prezenţa atomilor intercalantului uşor pot forma legături moleculare stabile de tipul MeSe2. Aşadar, în rezultatul intercalării atomilor din grupa I, în cristalele stratificate de tipul GaSe şi InSe se formează structuri periodice cu dimensiuni la nivel molecular.

În lucrare se analizează spectrele de absorbţie, luminescenţă şi reflexie în domeniul marginii benzii fundamentale ale cristalelor de GaSe intercalate cu Li şi K. Monocristalele stratificate cu structură cristalină hexagonală de GaSe au fost preparate prin metoda Bridgman. Din blocuri monocristaline prin clevare au fost obţinute plăci monocristaline de GaSe cu grosimi cuprinse în limitele 50÷300 µm. Intercalarea atomilor de Li s-a efectuat prin două metode: a) prin tratament termic a plăcilor de GaSe în vapori de Li la temperatura 400÷420 °C şi b) prin difuzia atomilor de litiu din soluţie diluată de n-butillitium în hexagon. Despre implementarea soluţiei în placa eşantion de GaSe serveşte mărirea grosimii d a plăcii cu ∼ 8÷10 % după 24 ore de tratament. După uscarea plăcilor în vid grosimea plăcilor de probă îşi păstrau grosimea la nivel de (1,08÷1,05)⋅d.

Marginea benzii de absorbţie în cristalele de GaSe nedopate este formată de tranziţii optice cu formarea excitonilor direcţi în starea n=1 la T=77 K. Prezenţa atomilor impuritari de Li şi K conduce la micşorarea

coeficientului de absorbţie α în centrul liniei n=1 de 3,

≈KLi

nedopat

αα

ori. Totodată atomii de impurităţi conduce la

micşorarea pantei caracteristicii α(ħω) pentru ħω<ħωn=1. În acest interval spectral caracteristica spectrală a coeficientului de absorbţie se descrie prin expresia:

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−=

KTωωσ

αωαhh 0

0 exp ,

unde α0, σ şi ω0 sunt parametrii energetici, K este constanta lui Boltzman. S-a stabilit că atomii dopantului Li şi K intercalaţi în cristalele de GaSe influenţează, în deosebi, asupra

parametrului σ, care se micşorează de la 3,5 pentru cristalele de GaSe nedopate până la 1,8 pentru cristalele GaSe(K).

Prin metode interferometrice s-a determinat dependenţa spectrală a indicelui de refracţie no(ħω) şi ne(ħω) în cristalele neintercalate şi intercalate cu Li şi K. Intercalarea cu elemente din grupa I conduce la o micşorare cu ∼ 12 % a indicelui de refracţie anomal ne şi practic nu influenţează asupra indicelui normal no la lungimea de undă λ=0,6328 µm.

Rezultatele experimentale obţinute se interpretează pe baza modelului că atomii intercalantului de Li şi K servesc ca puncte de legătură dintre împachetările stratificate de tipul Se-Ga-Ga-Se-Li-Se-Ga-Ga-Se- … .

59

Haloinhalatorul individual. Construcţia şi caracteristicile aerosolului

V.Serditov, V Usenco

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale a Academiei de Ştiinţe a Moldovei,

Str.Academiei 3/3, or. Chişinău, Moldova, МD-2028,

usenco@mail.ru

Una din metodele de perspectivă de tratament nemedicamentos al organelor de respiraţie este haloterapia, care utilizează în calitate de factor principal curativ aerosolul de dispersie fină a clorurei de sodiu.

Această metodă, care utilizează fenomenul natural - microclimatul subteranelor de sare – şi din cauza aceasta au o răspândire limitată, datorită succeselor în domeniul tehnologiilor aerosol, este capabil a deveni un procedeu ambulatoric accesibil.

Tehnologia de inhalare individuală a haloaerosolului într-un diapazon larg de concentraţii de masă (0,6-10,0 mg/m3) permit a efectua tratarea individuală a maladiilor organelor respiratorii în baza haloterapiei, parametrii căreia sunt optimizaţi către particularităţile individuale ale pacientului. În cazul dat apare posibilitatea de derulare a şedinţelor de scurtă durată medical întemeiate cu durata de la 1 la 15 min. Cu utilizarea particulelor cu dimensiunea de 1- 5 mcm, care posedă o putere de pătrundere maximală.

Inhalatorul individual elaborat de noi permite a forma aerosol cu o dispersie determinată şi cu o

concentraţie dirijată, la inhalarea căruia se efectuează depunerea dozată a particulelor de aerosol pe căile respiratorii. Haloinhalaroarele similare individuale au demonstrat o eficacitate ridicată la tratarea maladiilor respiratorii cronice şi acute, a maladiilor organelor LOR, bronşitelor şi a plămânilor.

Reieşind din analiza literaturii ştiinţifice şi medicale a fost elaborat un haloinhalator individual, bazat pe utilizarea unei râşniţe electromecanice, şi a unui formator al stratului în fierbere.

Acest procedeu permite a asigura caracteristicile tehnice admisibile ale aerosolului generat printr-o construcţie relativ simplă şi exploatare simplă. Majorarea duratei şedinţei, caracteristice schemei selectate a generatorului de aerosol nu este considerabilă în cazul utilizării individuale.

În raport sunt prezentate construcţia haloinhalatorului elaborat şi rezultatele măsurărilor experimentale a caracteristicilor aerosolului generat. A fost stabilit diapazonul de lucru a cantităţii iniţiale de clorură de sodiu care asigură un consum constant în procesul de instalare.

.

60

COAGULATOARE PLASMICE. CONSTRUCŢIA ŞI CARACTERISTICILE LOR

V.Usenco

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale al Academiei de Ştiinţe a Republicii Moldova,

Str.Academiei 3/3, or.Chişinău, Moldova, МD-2028,

usenco@mail.ru

Pentru a diminua pierderile de sânge la operaţiile chirurgicale o largă răspândire o au utilizarea diferitor coagulatoare, care efectuează coagularea sângelui. În particular, sunt deja elaborate şi produse coagulatoare, care transformă jetul de gaz inert în plasmă şi acţionează cu jetul de plasmă asupra ţesutului biologic. Sunt elaborate aşa numitele coagulatoare plasmice reci, care, din cauza simplităţii şi eficacităţii curent sunt obiecte de studiu şi de elaborare. Coagulatoarele plasmice existente pot fi departajate după structură şi principiul de generaţie în două tipuri.

Primul tip de coagulatoare este bazat pe formarea jetului de plasmă prin descărcarea de arc direct pe instrumentul de lucru ( plasmotron) şi conţine o sursă de alimentare, un tract gazodinamic şi un plasmotron. Plasma se formează în camera specială a plasmotronului.

Coagulatoarele plasmice de acest tip au o utilizare limitată din necesitatea răcirii intensive a plasmotronului, din cauza instabilităţii arcului la varierea curenţilor de lucru, a gabaritelor mari ale plasmotronului. Coagulatoarele plasmice de tipul celor descrise mai sus posedă o eficacitate joasă de coagulare, o greutate ridicată şi gabarite mari, conţin resistoare de balast pentru coordonarea caracteristicilor în scădere votlamperice a sarcinii şi a sursei de alimentare. Un alt tip de coagulatoare este bazat pe formarea unei descărcări de înaltă frecuenta microarc sau de scîteie în jetul de gaz inert între electrodul de lucru şi suprafaţa ţesutului biologic. Aşa tip de coagulatoare se deosebeşte printr-o emanare mică de caldera în plasmotron, o stabilitate ridicată a descărcării într-un diapasón larg de varierrea a curenţilor de lucru şi un consum mic de energie. În raport sunt precăutate particularităţile de construcţie şi regimurile de lucru a coagulatoarelor de tipul al doilea, care permit a derula tratarea superficială a ţesuturilor biologice prin plasma cu temperatură joasă de gaz inert.

61

Особенности массопереноса материала в условиях интенсивной пластической деформации

D. Grabco1, S. Alexandrov2, O. Shikimaka1, E. Harea1, D. Vilotic3

1Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de Ştiinţe a Moldovei

2Instutut pe Probleme Mecanice al Academiei de Ştiinţe a Rusiei 3Universitatea din Novi Sad, Serbia , e-mail: grabco@phys.asm.md

Proprietăţile materialelor în vecinătatea suprafeţelor de fricţiune au o importanţă majoră pentru calitatea produselor obţinute prin procesele de formovare a materialelor. În lucrarea [1] a fost demonstrat că straturile apropiate graniţei de suprafaţă cu mult diferă de proprietăţile materialului în volum. A fost presupus că crearea straturilor de acest gen poate fi atribuită gradientului înalt de viteză a deformaţiei în apropierea suprafeţei de fricţiune luând în consideraţie faptul că evoluţia proprietăţilor materialului este determinată anume de câmpul deformaţional.

Cercetarea problemei în cauză este continuată în lucrarea actuală. Studiului a fost supusă o probă formată din oţel de rulmenţi C4146. Înainte de deformaţie mostra a avut o formă cilindrică cu un orificiu central. În rezultatul compresiunii cu puansoni conici (P) proba a obţinut o formă complicată (Fig.).

Fig. Imagine schematică a secţiunilor în studiu (A) şi (B) pentru proba de oţel C4146 supusă

compresiunii cu puansoni conici (P). În rezultatul deformării în partea de contact (A) şi, respectiv, partea opusă de contact a mostrei materialul

s-a extins în părţi majorând prin aceasta diametrul iniţial al probei. Acest fapt serveşte drept dovadă că în acest loc materialul a avut de suferit cele mai puternice mişcări ale masei. În acelaşi timp linia centrală a probei a rămas practic neschimbată la diametrul său exterior. Însă nu este exclus că anume în această regiune a mostrei sunt concentrate cele mai majore tensiuni interioare acumulate în decurs de deformare uniformă. Probabil în această regiune are loc minimum componentei de mişcare şi maximum componentei de tensiune.

Pentru a determina specificul curgerii plastice ale materialului sub acţiunea puansonilor au fost efectuate cercetări ale microstructurii şi durificării materialului precum pe suprafaţă de tip (A) care se găsea în contact nemijlocit cu puansonii aşa şi în volumul probei, în secţiune pe suprafeţe de tip (B) (Fig.). Rezultatele obţinute au fost analizate şi comparate cu calculele teoretice bazate pe concepţia factorului deformaţiei intensive [2]. S-a depistat că rezultatele corelează cu teoria dezvoltată care presupune mişcarea maximală al materialului supus solicitărilor mecanice anume la suprafaţa de contact între material şi puansoni.

[1] [2]

62

Calculation of the optical constants of non-crystalline semiconductors D.Harea, M.Iovu, E.Colomeico

Center of Optoelectronics of the Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Str. Academiei

1, MD-2028 Chisinau, Republic of Moldova

Keywords: Amorphous materials, optical transmission, refractive index

The optical properties of chalcogenide glasses present a great fundamental interest for the establishment of the general legitimacy of interaction of the optical irradiation with the amorphous solids, as well as a practical interest. The effect of light-induced photostructural transformations is characteristic for many amorphous chalcogenides films, and have been initiated a lot of applications of amorphous material in photonics and optoelectronics, especially as inorganic photo-resists for sub-micron technology. From scientific point of view, because the composition of ChG determine the kind of structural units and the mean coordination number, in the present work the amorphous films of the chalcogenide systems As2Se3:Snx (x=0÷10,0 at.% Sn) and Sb2Se3:Sny (y=0÷10.0 at.% Sn) were studied. It was shown that doping with tin of amorphous As2Se3 and Sb2Se3 films decrease the optical band gap Eg, determined from the Tauc plot ννα hh ~)( 2/1⋅ . For example, the value of the optical band gap for amorphous Sb2Se3 films was obtained Eg=1.3 eV, while increasing of Sn concentration in Sb2Se3 decrease the optical band gap (for amorphous Sb2Se3:Sn10 films Eg=1.0 eV). The experimental results of the transmission spectra were used for calculation of the refractive index

)(2 1

1

mm

mm

dn

λλλλ

−=

−

− , where d- is the thickness of the specimen, mλ and 1−mλ , corresponding to the neighbor

extremes in the transmission spectra (interference minima or maxima). The dependences of the refractive index under light irradiation and heat treatment were revealed for different Sn concentration. In the Table 1 are presented the calculated values of the refractive index for some amorphous As2Se3:Sn and Sb2Se3:Sn as-deposited thin films, exposed to the light, and heat treated. Light exposure and heat treatment always increase the refractive index, with the exception for the amorphous films of Sb2Se3 doped with 10 at.% Sn. Fig. 1 shows the dependences of the refractive index in as-deposited amorphous As2Se3 and Sb2Se3 vs. Sn concentration. In both cases the maximum value of the refractive index lies around 0.5 At. % Sn.

As-deposited

Illuminated Heat treated

Sb2Se3 4.31 4.42 4.34 Sb2Se3: 0.01%Sn

5.09 5.27 4.84

Sb2Se3: 0.5 %Sn

5.25 5.42 5.37

Sb2Se3: 10.0%Sn

3.81 3.72 3.51

As2Se3 3.76 3.78 4.12 As2Se3: 1.0%Sn

4.40 5.45 5.05

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

As2Se3 Sb2Se3

Ref

ract

ive

inde

x

Sn Concentration (at.%) in As2Se3 and Sb2Se3

Table 1. The calculated values of the refractive index amorphous As2Se3:Sn and Sb2Se3:Sn

Fig.1. The dependences of the calculated values of the refractive index n in as-deposited amorphous As2Se3 and Sb2Se3 vs. Sn concentration.

It was found that for the composition Sb2Se3:Sn0.01 the modifications of the refractive index under the light irradiation ∆n=0.20. That allows us to conclude that doping of amorphous Sb2Se3 films with small concentrations of tin initiate the photostructural transformations under light irradiation, and make these materials suitable for registration of optical information.

63

Proprietăţile electrice şi fotoelectrice a heterostructurilor n-Si/fullerit C60 şi p-Si/fullerit C60

D.Spoială, V.Jeru ,V.Prilepov1

LCŞ “Supraconductibilitate şi Magnetism”, Universitatea de Stat din Moldova,

str. A. Mateevici 60, Chişinau, MD-2009, Moldova 1 Centrul Ştiinţifico-Didactic “Fizica sistemelor informaţionale” Universitatea de Stat din Moldova,

str. A. Mateevici 60, Chişinau, MD-2009, Moldova

În lucrarea dată sunt prezentate rezultatele cercetărilor efectuate la obţinerea şi studiul proprietǎţilor electrice şi fotoelectrice a heterostructurilor n-Si/fullerit C60 şi p-Si/fullerit C60. Pentru obţinerea heterostructurilor Si/fullerit C60 au fost folosite plǎci de siliciu cu conducţie p şi n de tip КЭФ-4,5 (111), КЭФ-0,3 (111), КДБ-0,1 (111), КДБ-10 (111). Preventiv prin metoda evaporării termice în vid pe o suprafaţă a plăcii de siliciu de tip p se depunea un strat subţire de Al, iar pe siliciu de tip n un strat subţire de Al sau Au care serveau ca electrozi ohmici la măsurătorile electrice. Grosimea straturilor metalice măsurată cu microscopul МИИ-4 este de aproximativ 0,5 µm. Apoi pe suprafaţa a doua a plăcilor de siliciu au fost depuse straturile subţiri de fullerit C60 de grosime 0,1-1 µm, de asupra căruia au fost depuse straturi subţiri de Al, Ag sau Cr cu grosimea ~0,1 µm în formǎ de discuri cu aria S=1,76·10-2 cm2, care serveau în calitate de al doilea electrod (electrodul frontal) la măsurătorile electrice. Deoarece fulleritul C60 este un semiconductor de tip n el formează cu siliciul heterojoncţini izotipice n-Si/n-C60 şi anizotipice p-Si/n-C60 proprietăţile electrice ale cărora vor fi diferite. Aşa dar au fost obţinute şi studiate heterostructuri de patru tipuri: n-Si(КЭФ-4,5)/n-C60 (I), n-Si(КЭФ-0,3)/n-C60 (II), p-Si(КДБ-0,1)/n-C60 (III), p-Si(КДБ-10)/n-C60 (IV) Au fost ridicate experimental caracteristicile curent-tensiune (CCT) la întuneric şi la iluminare la diferite temperaturi pentru toate patru tipuri de heterostructuri obţinute. Iluminarea s-a efectuat cu ajutorului becului cu halogen de putere 75 W. Menţionǎm faptul cǎ pentru toate probele obţinute joncţiunea este polarizatǎ direct în cazul când semnul tensiunii externe aplicate coincide cu tipul de conducţie al siliciului. Cum au arătat măsurătorile CCT la întuneric structurile date posedǎ proprietăţi de redresare, valoarea coeficientului de redresare a cărora esenţial depinde atât de tipul de conducţie şi rezistivitatea electricǎ a siliciului, precum şi de tehnologia de depunere a stratului de fullerit C60 şi a contactului metalic frontal. Valori maximale a coeficientului de redresare K definit ca raportul dintre curenţi la polarizarea directǎ şi cea inversǎ la tensiunea de 2V la întuneric au fost obţinute pentru structurile I şi III. Analiza CCT ridicate în întuneric a fost efectuatǎ luând în consideraţie rezistenţele de şunt Rsh şi ceia de serie Rs. Este arătat cǎ la tensiuni U<0,4 V mecanismele de trecere a curentului sunt determinate de procesele de generare-recombinare a purtătorilor de sarcină, iar în cazul U>0,4 V - de procesele de tunelare sau tunelare şi recombinare prin mai multe trepte în regiunea de sarcinǎ spaţialǎ. La polarizarea inversǎ dependenţa curentului electric de tensiune este liniarǎ în domeniul tensiunilor mici, apoi trece în dependenţa de tip I∼Um unde coeficientul m atinge valori 0,7-3,0 pentru structuri de diferite tipuri. Pentru toate tipurile de heterostructuri studiate la iluminare s-a evidenţiat efectul fotovoltaic. Iluminarea heterostructurilor influenţează puternic ramura inversă a CCT în sensul că are loc o creştere esenţială a curentului, pe când ramura directă rămâne practic fără schimbări. Parametrii principali ale celulelor solare pe baza de heterostructuri Si/fullerit C60 aşa ca densitatea curentului de scurtcircuit Jsc, tensiunea circuitului deschis Ucd, şi factorul de umplere FF depind esenţial de tipul şi rezistivitatea electricǎ a siliciului. Au fost determinate experimental şi analizate dependenţele Jsc, Ucd, şi FF de temperaturǎ şi intensitatea iluminării. Unele date experimentale obţinute din analiza CCT ridicate în întuneric şi la diferite intensităţi de iluminare E la temperatura camerei sunt prezentate în tabel. Sunt discutate posibilităţile măririi randamentului celulelor solare pe baza heterostructurilor Si/fullerit C60. Tipul heterostructurii K(±2V) Rsh,

Ω Rs, Ω

E, Lx

Jsc, µA/cm2

Ucd, mV

FF

I, a n-Si(КЭФ-4,5)/n-C60/Al 3,31·104 16,29·106 1,55·104 5000 6,74 119 0,198 I, b n-Si(КЭФ-4,5)/n-C60/Ag 1,95·103 17,46·106 2,54·104 5000 24,23 180 0,181 II n-Si(КЭФ-0,3)/n-C60/Al 2,57 0,25·106 8,82·103 20000 493,70 274 0,100 III p-Si(КДБ-0,1)/n-C60/Al 2,72·104 0,20·106 12,05·103 5000 4,0 40 0,16 IV p-Si(КДБ-10)/n-C60/Al 200 26,26·106 3,5·105 5000 1,87-4,70 69-170 0,15

Cercetările au fost efectuate în cadrul Proiectului Instituţional 06.408.040F finanţat de către CSŞDT al AŞM.

64

LIGHT TRANSMISSION OF GLASSY SAMPLES As2S3 IN INFRA-RED AREA OF SPECTRUM

I.V.Lysy*, O.V.Stronski*, Ts.A.Kryskov**

*V.Lashkaryov Institute Semiconductor Physics, 45 prosp. Nauky, 03028, Kyiv, Ukraine

**Kamyanets-Podilsky State University, 61 Ogienko str, Kamyanets-Podilsky, 32300, Ukraine

Chalcogenide glassy semiconductor compounds of As2S3 are used in developments of devices for optoelectronics, holography, medicine and informative systems.

Compounds was synthesized in vacuummed quartz ampoules by the methods of direct alloy with the forced interfusion of components and chemical transport in the closed systems [1]. Samples for researches were cut out from bars by volume with a next polishing. Thin films are formed by the method of the vacuum evaporating on warmed-up quartz substrates. By the elipsometry measuring such numbers of index of refraction are certain [2]: As2S3 – (2,594 . 2,598); As2S3:NH4Cl – (2,582 . 2,585); As2S3:CdJ2 – (2,600 . 2,613). Possibility of making of optical fibres is shown, where glass of stoichiometric composition is central, and shell – As2S3:NH4Cl [3].

From the spectrums of transmission in the visible region of spectrum (500 .1000) of nm the number values of width of the restricted area are appraised, in particular: As2S3 – 2,196 eV; As2S3:Zn – 2,136 eV; As2S3:NH4Cl – 2,19 eV; As2S3:CdJ2 – 2,1 eV. It is set thus, that have the best transmission of light (90%) the samples got the method of chemical transport with the use of NH4Cl, and the least (15%) – As2S3:CdJ2.

In the infra-red region (2,5 . 25) of mkm in the spectrums of admission of all samples there is the narrow bar of absorption at 2,7 mkm. Here have the best admission (60%) the samples of stoichiometric composition and As2S3:CdJ2. At the samples As2S3:NH4Cl the deep bars of absorption are fixed at 3,5 and 6 mkm. For lengths of waves anymore 12 mkm, admission of samples is approached to 0 and had the window of transparency at a wave-length 17 mkm..

REFERENCES 1. Gubanova A., Kryskov Ts., Levitskyi S., Lysy I., Polianchuk N. //Moldavian Journ.

Physical Sciences. – Chisinau, 2002, –Vol. 1, –1, –pp. 44-47. 2. Lysy I., Vlasenko O., Sopinskyy M., Gubanova A., Kryskov Ts. //3-rd Int. conf. on

materials science and condensed matter physics. –Chisinau, Moldova, Ostober 3-6, 2006, – p. 102.

3. Fekeshgazi A., Vlasenko O., Mai K., Mitsa V., Lysy I., Kryskov Ts. //Congress “Physics in Ukraine”, Odesa, 2005, –p. 188.

65

OPTICAL ABSORPTION OF THIN FILMS SULFIDES AND SELENIDES OF GALLIUM

Levitskyi S.M*., Vlasenko O.I*., Kryskov A.A**., Kysselyuk M.P**., Bojko M**

*V.Lashkaryov Institute Semiconductor Physics, 45 prosp. Nauky, 03028, Kyiv, Ukraine

**Kamyanets-Podilsky State University, 61 Ogienko str, Kamyanets-Podilsky, 32300, Ukraine The stratified crystals on the basis of Ga cause hanking the unique properties of greater interest at

research workers. Similar materials find application as gas sensors, to the nonlinear optics, photometry of infra-red and ultraviolet ranges, high descriptions operating and technical are had, are easily added to process. Technologies of synthesis of monocrestals of largenesses with the small optical losses are already developed presently [1].

One of the most informing parameters, that characterizes glassy compounds, there is their transmission. Samples for investigations was made by the method of the vacuum thermal evaporation on glass warmed-substrates. The material was synthesized in vacuummed quartz ampoules with the forced interfusion of components at temperatures neat accordant diagrams [2]. The spectrums of transmission of tapes GaS and Ga2Se3 are explored in the range of lengths of waves from 310 to 850 nm.

How it is visible with a fig. 1, materials have identical descriptions almost, carrying capacity of both compounds for lengths of waves from 500 to 800 nm heads to 100%. The maximum of absorption for Ga2Se3 are located at 380–390 nm, for GaS — 380 nm. The senescence of samples, which is explored for the period of time 240 hours, shows narrowing of areas of absorption, insignificant changes of admission in the region of long waves.

REFERENCES [1]. http://www.makucha.ru/proekty/nonlinear/nonlinear.http/ [2]. Большаков К.А., Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч.1, Высшая

школа, (1976).

Transmission

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

300 400 500 600 700 800 900

L, nm

I/I0

GaS

Ga2Se3

Fig. 1.

66

HIGH MAGNETORESISTANCE IN INHOMOGENEOUS BISMUTH MICROWIRES

Meglei D., Kantser V., Dantu M., Rusu A., Donu S.

Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies, Academy of Sciences of Moldova, Academiei str. 3/3, MD-2028, Chisinau, Republic of Moldova, e-mail: meglei@iieti.asm.md

Introduction of ferromagnetic impurities into microwires of bismuth semimetal with high mobility and, as a consequence, with high magnetoresistance allowed obtaining of 1814% magnetoresistance at liquid nitrogen temperature, whereas in microwires of pure bismuth 1358% magnetoresistance is obtained in magnetic fields of 0.8T.

67

OBŢINEREA STRATURILOR EPITAXIALE OMOGENE CdS PE SUPORTURI InP ÎN HIDROGEN PRIN METODA ZONALĂ

Simion RAEVSCHI, Leonid GORCEAC, Petru GAUGAŞ, Vasile BOTNARIUC

USM, str. Mateevici 60, MD 2009, Chişinău, e-mail: raevskis@mail.ru

La obţinerea straturilor subţiri de semiconductoare, cu aplicarea gazelor de transport, substraturile se amplasează în reactor cu planurile suprafeţelor de depozitare vertical, oblic sau orizontal faţă de direcţia fluxului. Amplasarea verticală sau oblică a substraturilor permite utilizarea mai efectivă a volumului reactorului, însă, datorită stratificării reactanţilor în fluxul laminar gazos, ele capătă formă de clin, fiind neomogene si după alţi parametri. De aceea, mai des, substraturile se amplasează orizontal, drept urmare în reactor se stabileşte un gradient de temperatură ce asigură o valoare constantă a suprasaturaţiei reactanţilor, a vitezei de depozitare. Însă odată cu schimbarea temperaturii se schimbă şi condiţiile optimale de obţinere, substraturile căpătând proprietăţi fizice neomogene. Alt factor, cu influentă negativă asupra omogenităţii, este contaminarea straturilor amplasate în josul fluxului de deşeurile reacţiilor chimice dintre mediul gazos şi substraturile frontale. Contaminarea, îndeosebi, este pronunţată la obţinerea structurilor cu heterojoncţiuni atunci, când speciile atomice ale straturilor se deosebesc de ale substraturilor.

În lucrarea prezentă se face o încercare de depăşire a factorilor negativi evidenţiaţi mai sus la obţinerea straturilor CdS pe InP in flux de hidrogen intr-un reactor orizontal, de elaborare a tehnologiei de obţinere a straturilor perfecte şi omogene de CdS pe suprafeţe mari. Sulfura de cadmiu se utilizează la confecţionarea foto-diodelor, diodelor luminescente, laserelor, foto-rezistenţilor, structurilor cu nano-particule etc. În baza heterojoncţiunii acestui compus cu fosfura de indiu au fost obţinute celule solare (CS) cu un randament de cca 15% şi stabilitate sporită la degradare în medii cu particule ionizante. Rezultatele prezentate au fost obţinute pentru CS cu suprafeţe relativ mici‚ cca 3 cm2. Pentru o aplicare mai largă a acestui material sunt necesare straturi perfecte cu proprietăţi fizice omogene pe suprafeţe mai mari.

Au fost utilizate substraturi lustruite de InP cu orientarea planurilor cristaline (111)A si (100). Proprietăţile fizice au fost cercetate pentru straturi depuse pe InP semiizolator. La confecţionarea CS substraturile de tip –p aveau concentraţia si mobilitatea purtătorilor de sarcină respectiv 1017cm-3 şi 75 cm2/V.s. În calitate de surse se utilizau CdS policristalin, sulf şi cadmiu. La depozitare temperatura sursei CdS era 860 0C. Dacă straturile se obţineau din elemente separate, temperatura sulfului era 173 0C, iar a cadmiului 460 0C. Cercetarea morfologiei si a grosimii straturilor a fost efectuată cu microscopul optic de tipul MИM 7. Proprietăţile electrice au fost cercetate prin metoda van der Pauw.

A fost cercetată evoluţia grosimii straturilor cu îndepărtarea substraturilor de sursă pentru mai multe valori ale consumului de hidrogen la un interval de depozitare constant. S-a constatat prezenţa a două maxime ale acestei evoluţii pentru toate valorile aplicate ale consumului. A fost cercetată şi dependenţa grosimii straturilor de valoarea consumului de hidrogen la diferite temperaturi. La consumuri mici viteza de depozitare este neînsemnată. La creşterea consumului în intervalul 50-120 cm3/min ea evoluează aproape liniar. La consumuri mai mari rămâne din nou constantă. În funcţie de amplasarea substraturilor pe suporter variază substanţial şi mobilitatea purtătorilor de sarcina. În straturile frontale mobilitatea este maximală. La îndepărtarea substraturilor de sursă ea scade substanţial.

Straturile obţinute pe substraturi amplasate pe un suporter orizontal îşi schimbă substanţial proprietăţile fizice în dependenţă de locul amplasării în reactor şi, deci, metoda tradiţională de depozitare a straturilor nu poate fi cu succes aplicată la obţinerea straturilor omogene pe suprafeţe mari. În lucrarea dată obţinerea straturilor omogene a fost realizată prin metoda zonală de depozitare din faza gazoasă. Aceasta permite obţinerea straturilor în condiţii termodinamice constante, exclude contaminarea lor. Conform acestei metode, suporterul cu substraturi este amplasat în umbra unui ecran. Ecranul are o fereastra îngustă – zona de depozitare. În procesul de încălzire a reactorului substraturile se află în umbra ecranului. În timpul depozitării straturilor suporterul se deplasează tur-retur în zona ferestrei unde mediul gazos se aduce în contact cu substraturile. Fereastra se instalează în reactor în regiunea cu condiţii optimale de obţinere. Produsele reacţiilor chimice dintre mediu şi substraturi sunt înlăturate din zona de depozitare pe deasupra ecranului şi nu pot influenţa straturile amplasate pe suporter. În cea mai mare măsură depozitarea are loc la o temperatură constantă şi pentru o valoare constantă a compoziţiei mediului gazos.

Au fost obţinute straturi cu parametri (concentraţia si mobilitatea purtătorilor de sarcină, grosime‚ morfologie) constanţi pe o arie de ~ 25 cm2. Structurile CdS/InP au fost utilizate si la confecţionarea CS. La radiaţia solară de 107.6 mW/cm2 sa ajuns la un randament de 7,9%. Lucrarea a fost finanţată în cadrul proiectului instituţional 06.408.039F, CSŞDT AŞM

68

Mecanisme de recombinaţie în straturi subţiri de CdSe P. Gaşin, M. Caraman, C. Rotaru

Universitatea de Stat din Moldova, str. A.Mateevici, 60, MD 2009, Chişinău, Moldova, e-mail: c_rotaru@usm.md Straturile subţiri de CdSe pe substrat din mică au fost preparate din faza de vapori, folosind în calitate de

sursă monocristale de CdSe. Temperatura de condensare a vaporilor de CdSe este cuprinsă în intervalul de la 580 ºC până la 680 ºC. În funcţie de temperatura de condensare se obţin straturi policristaline cu dimensiunile medii ale cristalitelor de la zeci de nanometri până la straturi omogene monocristaline. Pentru cercetarea mecanismelor de transport au fost preparate straturi de CdSe cu grosimea de 15÷25 µm. În calitate de electrozi s-au folosit straturi subţiri din In evaporate termic în vid. Pentru a stabili caracteristicile ce determină procesul de recombinaţie a purtătorilor de sarcină de neechilibru au fost efectuate măsurători ale absorbţiei luminii în regiunea marginii benzii de absorbţie intriseci, spectrele de fotoconductivitate şi cinetica fotoconductivităţii la excitare cu impulsuri intense de lumină integrală la temperaturi cuprinse în intervalul 78÷300 K. Coeficientul de absorbţie odată cu mărirea energiei fotonilor din banda intrinsecă este în creştere continuă. Totodată fotocurentul prin eşantion ara tendinţa de scădere continuă. Dacă ţinem seamă că fascicolul de lumină practic pătrunde în eşantion până la adâncimea de 1/α ( α-coeficientul de absorbţie la lungimea de undă dată) atunci micşorarea densităţii fotocurentului poate fi condiţionată de procesul de micşorare a parcursului liber L al purtătorilor de sarcină de neechilibru odată cu micşorarea adâncimii la care ei se generează dm. Dacă se realizează condiţia α·dm<<1 şi dm< L, şi rata de recombinaţie prin stările de suprafaţă este mică, atunci mărimea relativă a fotocurentului I este proporţională cu densitatea fascicolului de fotoni incidenţi F0:

1~ 0

+LFI

αα .

Din analiza caracteristicilor α(ħω) şi I(ħω) la energii ħω>Eg (Eg-largimea benzii interzise) s-a determinat parcursul liber mediu în eşantioane de CdSe cu dimensiuni diferite ale germenilor de cristalizare pe substrat de mică. Rezultatele cercetărilor sunt introduce în Tabel. Folosind aceleaşi esantioane au fost înregistrate curbele de relaxare a fotocurentului după încetarea iluminării eşantionului cu impulsul de lumină. S-a analizat cinetica de recombinare a purtătorilor de sarcină de neechilibru din care s-a determinat timpul de relaxare în funcţie de temperature de condensare a stratului de CdSe. Rezultatele obţinute sunt introduce în tabel.

Tabel

Temperatura de condensare, ºC 590 617 647 663 677

Parcursul liber L, µm 0,7 0,93 0,97 1,8 1,6

τ1 2,0⋅10-5 2,5⋅10-5 - - - Timpul de relaxatie, s τ2 3,2⋅10-3 3,6⋅10-3 4,0⋅10-3 4,8⋅10-3 4,0⋅10-3

69

n+ITO/SiO2/nSI/n+Si BIFACIAL SOLAR CELLS D.Sherban1, A.Simashkevich1, L.Bruk1, E.Bobeico2, P.Morvillo2, Iu.Usatii1,2.

1 – Institute of Applied Physics, str. Academiei 5, MD 2028, Chisinau, Republic of Moldova , e-mail: Alexey.Simashkevich@phys.asm.md

2 – ENEA CR, Portici, loc. Granatello, 80055, Na, Italy. Bifacial solar cells are promising devices because they are able to convert solar energy coming from both sides of the cell, increasing its efficiency. Different configurations of bifacial solar cells have been proposed and investigated. In the framework of the classification suggested in [1] the bifacial solar cell structures could be divided into groups according to the number of junctions: a) two p-n junctions, b) one p-n junction and one high-low junction and, c) just one p-n junction. In all these types of bifacial solar cells there is obligatory a heteropolar p-n junction. The main purpose of this communication is to demonstrate the possibility of a novel type of bifacial solar cells, containing only homopolar junctions with a n+-n-n+ structure.

The first frontal junction is a SIS structure formed by a ITO layer deposited on the surface of n-type silicon wafer. The back n-n+ junction is an usual BSF structure consisting in highly doped n-Si layer obtained by P diffusion. The ITO layers are deposited on the n-Si wafer surface by spraying alcoholic solution of InCl4 and SnCl4 in different proportions using the installation and conditions described in [2]. n-Si wafers oriented in (100) plane with resistivity of 0,7–4,5Ohm·cm have been used. The SiO2 insulating layers at the ITO-nSi interface were obtained by thermal or chemical oxidation, their thickness varies from 30Å to 40Å. The ITO thickness value of 0,35µm was chosen for the frontal SIS structure fabrication. I-V and C-V characteristics of these SIS structures have been studied. The results of these investigations show that the structure obtained in such way represent an asymmetrical doped barrier structure in which the wide band gap oxide layer plays the role of a transparent metal. Therefore this structure may be considered as Schottky barrier with a thin SiO2 layer at the interface. Grids obtained by Cu evaporation in vacuum were deposited on the frontal and back surfaces of the cell. In such a way the bifacial Cu/n+ITO/SiO2/nSi/n+Si/Cu structure represented in Fig.1 have been obtained. The spectral distribution of the quantum efficiency has been studied at frontal and back illumination (Fig.2). It is seen that in the region of wavelengths from 400nm to 870nm the value of QY changes in the limits 0,6–1,0 in the case of frontal illumination. For back illumination QY is equal to 0,20– 0,33in the same region of the spectrum. The photoelectric parameters of the elaborated bifacial solar cell have been determined in standard AM1,5 conditions: for the frontal side Voc=0,425V, Isc=32,63mA/cm2, FF =68,29%, Eff = 9,47%, Rser=2,08Ohm, Rsh=6,7·103Ohm; for the back side Voc= 0,392V, Isc=13,23mA/cm2, FF =69,28%, Eff=3,6%, Rser=3,40Ohm, Rsh=1,26·104Ohm. The optimization of these parameters is possible. In such a way a novel type of bifacial cells containing only isotype junctions was elaborated. Their advantages consist in the following: the frontal junction is obtained with a simple spray technique at low temperatures, it is not necessary the double diffusion process; the frontal ITO layer is at the same time collecting electrode and antireflection coating. 1. A.Cuevas. Proc. of 20th European PV Solar Energy Conference, 2005, Barcelona, p.801. 2. A.Simashkevich et al. Proc. of 20th European PV Solar Energy Conference, 2005, Barcelona, p. 980.

70

PHOTOELECTRICAL PROPERTIES OF nITO-pInP SOLAR CELLS ANNEALED IN H2 ATMOSPHERE

A.Simashkevich1, D.Sherban1, L.Gorceac2, L.Bruk2, A.Coval2, Iu.Usatii1.

1 – Institute of Applied Physics, str. Academiei 5, MD 2028, Chisinau, Republic of Moldova. 2 – Moldavian State University, str. Mateevici 60, MD 2009, Chisinau, Republic of Moldova,

e-mail: bruk@usm.md InP based solar cells (SC) are stable under hard radiation conditions. The possibility of fabrication of such SC by a simple pyrolithic spraying method was shown in [1]. The main objective of this communication is the investigation of the influence of thermal treatment in H2 on the parameters of In/nITO/pInP/Ag:Zn solar cells obtained by ITO layers pyrolithic pulverization. The ITO/pInP heterostructures obtaining take place at the temperature of 4500C [2]. This method of SC fabrication excludes the necessity of p-n junction formation at high temperatures. Single crystalline pInP wafers oriented in (111)A plane with the carrier concentrations p=3·1016cm-3 and p=3·1017cm-3, mobility’s µ=115m2/V·s and µ=100m2/V·s respectively were used. Ohmic contacts to pInP were obtained by thermal vacuum evaporation of 95% Ag and 5% Zn alloy on the previously polished rear surface of the wafer. The frontal grid was obtained by Cu vacuum evaporation. The structures obtained in such a way were thermally treated in H2 atmosphere at the temperature of 3500C during 10 minutes. I-V and spectral characteristics of Сu/nITO/pInP/Ag:Zn structures before and after annealing in H2 have been investigated. It was shown that before the thermal treatment the following parameters have been obtained under AM 1,5 illumination conditions: Voc=0,651V, Isc=18,12mA/cm2, FF=62,95%, Eff=7,43%. After the treatment the same parameters are Voc=0,658V, Isc=20,13mA/cm2, FF=58,41%, Eff=7,74%.

The photoelectric parameters of the SC received on InP wafers with concentration p=3·1017cm-3 after the thermal treatment are Voc=0,626V, Isc=22,72mA/cm2, FF=71%, Eff=10,09%, that is better than in [1] for analogous SC without treatment in H2. The I-V characteristic of such SC is presented in Fig.1.

It is seen from Fig.2 that the photosensitivity of ITO/pInP SC is observed in the spectral range of 470-950nm. The maximum at λ=870nm show that the main contribution in the photosensitivity is due to the radiation absorption in InP. The thermal treatment in H2 leads to an undesirable decrease of the photosensitivity in the short wave region As a result of these investigations it was shown that the annealing of In/nITO/pInP/Ag:Zn SC in H2 at 3500C during 10min. leads to the considerable improvement of their photoelectric parameters. 1. A.Simashkevich, D.Sherban, L.Bruk et al. Proceedings. of the 20 European PV Solar Energy Conference,

Barcelona, 2005, p.980. 2. I.Andronic, L.Gorceac, D.Serban et al. Proceedings of the 2nd World Conf. on PV Solar Energy Conversion,

1998 V.3, p.3642.

71

Fenomenele de electro- şi termodifuzie a cuprului în structuri sandwich de tip

Cu/fullerit C60/Cu D.Spoială, I.Dihor, Z.Ghilan

LCŞ “Supraconductibilitate şi Magnetism”, Universitatea de Stat din Moldova,

str. A. Mateevici 60, Chişinau, MD-2009, Moldova

Pentru studiul mai detaliat a fenomenelor ce au loc la interfaţa dintre fulleritul C60 şi cupru au fost studiate structurile sandwich cupru/fullerit C60/cupru. Pentru aceasta folosind metoda evaporării termice în vid pe suporturi de sticlă, cuarţ şi siliciu au fost depuse straturi subţiri de cupru care servesc ca primul electrod. Apoi pe stratul subţire de cupru prin metoda sublimării termice în vid au fost depuse straturi subţiri de fullerit C60 cu grosimi d~0,1÷1,0 µm. În final pe stratul de fullerit C60 s-au depus straturi de cupru cu aria S~1 cm2 ce servesc ca al doilea electrod la măsurătorile electrice. Măsurătorile rezistenţei electrice nemijlocit în procesul de depunere a cuprului pe suprafaţa de fullerit C60 au arătat că rezistenţa electrică a structurilor sandwich Cu/fullerit C60/Cu depinde esenţial atât de viteza depunerii stratului de cupru, cât şi de grosimea lui. La introducerea aerului în camera de vid rezistenţa electrică creşte încontinuu. O tendinţa spre saturaţie a creşterii rezistenţei se observă numai peste 20-30 ore de păstrare a probelor la aer. În acest timp rezistenţa probelor creşte de 3-10 ori.

Cercetările proprietăţilor electrofizice au inclus ridicarea caracteristicilor curent-tensiune (CCT) şi a dependenţelor rezistivităţii electrice de temperatură în condiţii de vid şi a mediului ambiant. CCT sunt liniare într-un domeniu larg de schimbare a tensiunii aplicate şi simetrice la schimbarea polarităţii. Dependenţele rezistivităţii electrice de temperatură în domeniul 18-150°C au un caracter complicat cu prezenţa a mai multor pante şi posedă o histereză în cazurile creşterii şi scăderii temperaturii. Energiile de activare determinate din dependenţele lnρ(1/T) sunt cuprinse în domeniul 0,2-0,6 eV pentru diferite domenii de temperatură şi sunt cu mult mai mici decât jumătatea valorii energiei primei tranziţii optice permise hu↔t1g (HOMO→LUMO+1, Ehu↔t1g=2,3 eV), determinată din spectrele de absorbţie UV-VIS.

A fost stabilit că aplicarea tensiunii externe la structurile sandwich timp îndelungat (10-15 ore) la temperatura camerei, duce la micşorarea rezistenţei electrice de aproximativ 40 ori şi modificarea esenţială a CCT. Dependenţa curentului electric de tensiunea aplicată este liniară în domeniul 10-20 V, iar la mărirea în continuare a tensiunii această dependenţă trece în tip I∼Un, unde n≥2, ceea ce este caracteristic curenţilor limitaţi de sarcina spaţială. Datele experimentale obţinute demonstrează că sub acţiunea câmpului electric de intensitate înaltă are loc difuzia cuprului din electrod în stratul subţire de fullerit, adică aşa numitele procese de electrodifuzie [1]. Electrodifuzia ionilor de cupru are loc, probabil, de-a lungul frontierelor granulelor de fullerit şi poate duce la formarea fazelor noi de tip CunC60. De asemenea are loc modificarea structurii benzilor energetice şi apariţia nivelelor localizate în banda interzisă a fulleritului. Aşa dar utilizând metoda de electrodifuzie poate fi efectuată doparea (intercalarea) straturilor subţiri de fullerit C60.

Tratarea termică în vid a structurii Cu/fullerit C60/Cu cu grosimea stratului de fullerit C60 d≈0,25 µm depuse pe sticlă la temperatura 300°C timp de trei ore duce la creşterea rezistivităţii electrice şi la schimbări esenţiale a caracteristicilor curent-tensiune. Însă cel mai important este faptul că după astfel de tratare pe suprafaţa stratului subţire de cupru depus pe suprafaţa stratului de fullerit C60 au fost evidenţiate formări cilindrice de tip „whiskers” cu lungimi l=10-1000 µm, diametrul d=5,7-6,8 µm şi raportul l/d=2-100. Imaginile obţinute la SEM sunt prezentate în figura 1(a, b). Formarea structurilor de tip whiskers are loc atât ca elemente singulare (fig.1a), precum şi ca conglomerate de astfel de structuri (fig.1b). Menţionăm faptul că structurile obţinute sunt depistate numai pe suprafaţa stratului de cupru depus pe fulleritul C60. Astfel de structuri nu au fost depistate pe suprafaţa stratului de fullerit C60, pe electrodul de cupru de jos sau pe sticla care serveşte ca suport. Din literatură este cunoscut că în cazul păstrării la aer în condiţii normale timp îndelungat (mai mult de doi ani) a structurilor formate din două straturi C60 şi Sn pe suprafaţa stratului subţire de Sn are loc formarea structurilor florale şi în formă de petale florale cu dimensiunile 1-20 µm [2]. Structuri asemănătoare au fost depistate şi pe suprafaţa stratului subţire de Cr în structurile sandwich Cr/fullerit C60/Cr după tratarea termică în vid la temperatura 300°C timp de două ore [3]. A fost determinat că difuzia atomilor de metal Sn sau Cr în stratul subţire de fullerit duce la formarea fazelor noi SnxC60 şi CrxC60 respectiv, şi la apariţia tensiunilor mecanice interne relaxarea cărora duce la formarea structurilor florale. Menţionăm faptul că obţinerea structurilor de tip whisker în baza fulleritului C60 şi a cuprului este efectuată pentru prima dată şi autorii nu dispun de informaţia referitoare la cercetări analogice. Investigaţiile proceselor de creştere şi studiul proprietăţilor fizico-chimice a structurilor obţinute prezintă un interes deosebit atât din punctul de vedere a fizicii fundamentale cât şi a utilizărilor perspective în nanoelectronică, nanofotonică şi nanomechanică.

72

a)

b)

Fig.1.

Cercetările au fost efectuate în cadrul Proiectului Instituţional 06.408.040F finanţat de câtre CSŞDT al AŞM.

1. E.A. Katz, D. Faiman,S.M. Tuladhar, S. Shtutina, N. Froumin, M. Polak. ФТТ, том 44, вып. 3, стр. 473-475 (2002). 2. Л.В.Баран. Международная научная конференция “Актуальные проблемы физики твердого тела. ФТТ-2005”, 26-28 октября 2005 г, Минск, Беларусь. 3. Л.В.Баран, Г.П.Окатова, Г.П.Ухов. ФТТ, том 48, вып. 7, стр. 1339-1339 (2006).

73

ELECTRON- STRUCTURE FEATURES OF THE THIN FILM SPIRAL

CONSISTING OF MONOLAYER SI AND GE: AB INITIO CALCULATION

R. M. Balabay, E.Yu. Chernonog, D. V. Ryabchikov

Krivoy Rog State Pedagogical University, Department of Physics, 54 Prospect Gagarina, Krivoy Rog,

50086, tel: 8-0564-71-57-21, e-mail: oks_pol@cabletv.dp.ua , dimail@list.ru

All investigations in nanoelectronic, nanophotonic, nanomechanic, others are began with development of the technology of nanostructure creation. There are methods of formation nanostructure on the base of the straining many-layers film systems [1]. The main point of these methods is the transformation from the elastic straining flat film to the stabile nano- and atom- size objects with the minimum elastic strain energy by the directed chip of some atom plane. It allows to create the new class of the thin film nanostructure – nanotubes, spirals, corrugate.

Calculations for the thin film spiral were performed within the local density approximation to the density functional formalism. The electron-ion interaction has been modeled by ab initio norm-conserving pseudopotentials Hartwigsen, Goedecker, Hutter [2]. The ground state electronic and atomic structures and its energy were obtained by “dynamical simulated annealing” (the Car-Parrinello method – the CP method) [3].

The atom model consisted from two monolayers (Si atom layer and Ge ato layer) which was break off the Si(111) plane. One of the sides to film was still (that is to say it is bolted in the Si substrate), the rest of sides was free. The calculation algorithm means using of atomic basis (it reflects features of the investigating system) which certainly can to have inverse symmetry. In this connection the unit cell of system with translate symmetry (the translate symmetry required for simplify mathematic expression) has two inverse symmetrical fragments of the chip film.

The stages of rolling up of film are observed. The equilibrium characteristics of the atoms complexes were computed at center of the Brillion zone

on the author program code. The some results are showed on Fig1.

a b

Fig.1. The space distribution of the valence electron density for the thin film spiral consisting of monolayer Si (black sphere) and Ge (white sphere) (a - for density from 0.9 to 1.0 (part of the maximum value), b- for density from 0.8 to 0.9).

References

1. V. Ya. Prints in book. “Нанотехнологии в полупроводниковой наноэлектронике”, Novosibirsk, 2004, pp. 85-120

2. C. Hartwigsen, S. Goedecker, J. Hutter. Relativistic separable dual-space Gaussian pseudopotentils from H to Rn, Phys. Rev. B, v. 58, N. 7, pp. 3641-3662

3. D. Marx, J. “Hutter, Ab initio molecular dynamics: theory and implementation”, published in “Modern methods and algorithms of quantum chemistry”, J. Grotendorst (Ed.), John von Neuman Institute for computing, Julich, NIC Series, v. 1, ISBN 3-00-005618-1, 2000, pp. 301-449

74

Pelicule subţiri din compus amorf As2(Sx Se1-x)3 depuse din soluţii chimice: fotosensibilitatea şi proprietăţile optice

S.A. Buzurniuc, A. Prisacari, V.I. Verlan

Centrul de Optoelectronică a Institutului de Fizică Aplicată a Academiei de Ştiine a Moldovei, str. Academiei, 1, MD-2028 Chisinău, Republica Moldova. vverlan@gmail.com

Semiconductoarele amorfe calcogenie (SAC) (de eg. GeSe , AsS, etc.) posedă schimbări puternice de fotoinducere a parametrelor fizici sub acţiunea luminii ultraviolete (UV) şi datorită acestor efecte ei au o aplicare largă ca fotorezişti, pentru prepararea diferitor elemente difracţionale, memorizarea informaţie optice, xerografie, etc. Pentru fabricarea acestor aplicaţii peliculele subţiri sunt obţinute de obicei prin tecnica de depunere în vid ce este destul de costititoare, greu controlabilă de stehiometrie, morfologie şi microstructură.

În lucrarea recentă sunt prezentate rezultatele de o tehnologie nouă de obţinere a straturilor subţiri din compuşi amorf As2(Sx Se1-x)3 depuse din soluţii chimice şi investugaţiile fotosensibilităţii a acestor straturi la iradierea cu lumină UV şi unele proprietăţi optice. SAC se dizolvă în solvenţi organici din amini sau nitrili [1]. Soluţiile conţin solvenţi necompatibili cu apa, vaporizabili şi care formează materialul amorf după vaporizarea solventului la depunere prin metoda meniscului sau spin-coatingului. Mecanizmul de menţinere la dizolvare a SAC în solvenţi care se propune şi care a fost confirmat experimental este formarea clasterilor macromoleculari din SAC fără a se distruge componenţa chimică. Tratarea termică a soluţiei depuse aduce la formarea finală a straturilor amorfe din SAC optic omogene.

Pe baza acestei elaborări de tehnologie au fost obţinute de prima dată pelicule subţiri cu grosime în intervalul 0.2 – 3 µm din compuşţi amorfi mixti As2(Sx Se1-x)3 cu raportul de concentraţii x = 1 – 0.20. Proprietăţile optice a peliculelor obţinute practic nu diferă de cele obţinute prin metoda de depunere în vacuum. La iradierea peliculelor cu lumina UV are loc aşa numita fotoîntunecare a straturilor cunoscută în literatura şi deplasarea pragului de absorbţie spre domeniul infraroşu a spectrului (Fig. 1). Fotoinducerea maximă se atinge pentru componenţa As2(S1.5 Se1.5)3

Pe straturile obţinute s-a efectuat înscrierea holografică cu ajutorul laserului de Ar (λ=0.488 µm) cu piterea de 190 mW. S-a măsurat cinetica de inscriere a reţelei de difracţie (Fig.2). Eficacitatea difracţională de înscriere maximă (atinsă la maximumurile ±1) şi fără developarea adăugătoare a reţelei înscrise este de 8%.

Straturile din SAC primitе prin mtoda chimică din soluţii posdă o fotosnsibilitat bună şi pot fi

aplicate ca fotorezişti în fotolitografie şi dasemenea ca medii fotosnsitive cu rezoluţi înaltă pentru înregistrarea informaţiei holografice.

[1]. Andrieş Andrei, Bivol Valeriu, Buzurniuc Svetlana, Meşalchin Alexei, Robu Ştefan, Verlan Victor. Brevet de invenţie 3174 MD. Compozit fotosensibil din semiconductor calcogenic amorf şi polimer organic. //Buletin Oficial de Proprietate Industrială a RM, 10, 2006, p. 37.

75

Sensori cu fibră optică pentru înregistrarea deformaţiilor şi presiunii

A.M.Andrieş, I.P.Culeac, M.S.Iovu, I.H.Nistor

Centrul de Optoelectronică al Institututlui de Fizică Aplicată al AŞM Str. Academiei 5, MD 2028, Chişinău, Republica Moldova

Tel. (37322) 73 98 46; Fax: (37322) 73 98 05; E-mail: ion_culeac51@yahoo.com Lucrarea de faţă reprezintă un studiu de sinteză al stadiului actual de dezvoltare a sensorilor cu fibră optică. Raportul este axat în mod special pe sensorii cu fibră optică pentru înregistrarea deformaţiilor şi presiunii. Sensorii pe bază de fibră optică reprezintă unul din domeniile avansate ale tehnologiilor moderne. Datele statistice referitor la cererea pieţei confirmă actualitatea cercetărilor în domeniul sensorilor cu fibră optică. Conform unui studiu recent al Business Communication Company Inc. piaţa de desfacere americană în domeniul componentelor nanofotonice (inclusiv sensori cu fibră optică) va avea o creştere de la 420.7 mln USD în 2004 pînă la 9.325 bilione USD în 2009. Aceasta reprezintă o creştere de 85.8 % pe perioada anilor 2004-2009 [1]. Sensorii cu fibră optică pot fi împărţiţii în două categorii mari în dependenţă de destinaţia funcţională a fibrei optice: sensorii intriseci, în care fibra optică serveşte ca element sensorial, şi sensorii extrinseci, în care fibra optică serveşte ca mediu de transmitere a semnalului optic. În dependenţă de principiul de modulare a fascicolului de lumină, sensorii cu fibră optică pot fi împarţiţi în cîteva categorii, după cum urmează [2-5]: sensori cu modulaţie de intensitate, în care se înregistrează schimbarea intensităţii semnalului optic ca rezultat al acţiunii factorilor fizici; sensori cu modulaţie de fază, care funcţionează în baza principiului de interferenţă a două fascicole de lumină (configuraţia Michelson, Mach-Zehnder, Fabri-Perot şi Sagnac); sensori cu modulaţie de frecvenţa, care funcţionează pe principiul schimbării spectrului de lumină transmis, reflectat sau emis de către elementul sensorial; sensori cu modulaţie a planului de polarizare produsa de acţiunea factorilor externi; sensori pe bază de interferenţă a modelor care se propoaga în fibra optică. Sensorii de presiune joacă un rol important pentru dirijarea regimului de lucru în motoarele cu ardere internă, turbinele cu gaz, conductele şi rezervoarele petroliere, etc. Controlul presiunii joacă un rol extrom de important din punct de vedere al randamentului, reducerii emisiei de gaze toxice, măririi perioadei de funcţionare şi a gradului de siguranţă a utilagului [6-9]. În acest context fibrele optice oferă posibilităţi extrem de atrăgătoare pentru realizarea unor dispozitive capabile să funcţioneze pînă la temperaturi de peste 600 ºC [10-13]. Pentru măsurări de presiune în industria constructoare de maşini şi avioane există cel puţin două domenii importante, unde sensorii pe bază de semiconductori nu pot fi folosiţi. Acestea sînt mediile cu temperaturi înalte si mediile cu cîmpuri electromagnetice puternice. Este de notat câ cerintele aplicatiilor practice deplasează permanent plafonul regimului de lucru în domeniul temperaturilor tot mai ridicate. De exemplu programul SUA Integrated High Performance Turbine Engine Technology solicită sensori de presiune care ar putea face faţă testărilor industriale la temperaturi de pînă la 1300 °C [14-15]. Sensorii cu fibră optică posedă o serie de avanaje importante în comparaţie cu sensorii tradiţionali, ceia ce îi face atractivi pentru măsurarea deformaţiilor şi presiunii în diferite domenii şi medii. Dintre avantajele principale ale sensorilor cu fibră optică vom menîiona: sensibilitate înaltă, imunitate la interferenţe de natură electromagnetică, dimensiuni mici; plasarea lor în zone inaccesibile pentru sensorii tradiţionali. În multe cazuri putem vorbi de o serie de alte avantaje, de exemplu: preţ redus, dapazon dinamic larg, rezistenţă îmbunătăţită la factori de mediu ambiant, capacitate de multiplexare, etc. Autorii studiului examinează în mod detaliat două din cele mai importante tipuri de sensori cu fibra optica pentru inregistrarea deformatiilor si presiunii: (a) sensori cu fibră optică cu modulaţie de intensitate; (c) sensori cu fibră optică cu modulatie de fază. Studiul se concentrează în mod special asupra cîtorva tipuri de sensori: Sensorii su modulaţie a intensităţii prin reflexie, sensori cu modulaţie prin microcurbură, sensori cu fibră optică în configuraţie schlieren, sensori pe bază de reţea optică Bragg, şi sensori pe bază de rezonator Fabri-Perot. Sînt examinate principiile de funcţionare, soluţiile constructive, performanţele tehnice, domeniile de aplicare, etc. Bibliografie 1. Global market for nanophotonic devices, Fiber optic weekly update, January 14, 2005 2. J.P. Dakin, Optical fibre sensors – principles and applications, Fibre Optics’83, SPIE Vol. 374, p. 172 3. Волоконно-отические датчики, Перевод Г.Н. Горбунова, Энергоатомиздат, 1991 4. J.D. Muhs, Fiber Optic Sensors: Providing Cost-Effective Solutions to Industry Needs, Oak Ridge National Laboratory, November 2002

76

5. Optical Sensor Technologies, Enlighten, 2005, Vol. 9, issue 3 6. W. Peng, G.R. Pickrell, A. Wang, High tempersature fiber optic cubic-zirconia pressure sensor, Optical Engineering, 2005, Vol. 44, Issue 12 7. E.Y. Shu, L.J. Petrucco, W. Daum, Fiber optic sensors for gas turbine control, Patent USA # 20050180699, 08/18/05 8. P. Ferdinand, Y. Denayrolles, C. Mersier, J. Plantey, N. Recrosio, M. Pays and D. Vielpeau, The potential for distributed sensors and optical fiber sensor networks in the electric power industry, Meas. Sci. Technol., (1990) p. 908 9. H. Kuwahara, Fiber optic Sensing Devices, Mitsubishi Electric Advance, Vol. 31, 1985, p. 18-20 10. E. Udd, The Emergence of Fiber Optic Sensor Technology, in Fiber Optic Sensors: An Introduction for Engineers and Scientists, E. Udd, ed.; John Wiley & Sons, Inc.: New York (1991). 11. C.K. Ho, A. Robinson, D.R. Miller and M.J. Davis, Overview of Sensors and Needs for Environmental Monitoring, Sensors, 2005, 5, 4-37 12. H.M. Hashemian, C.L.Black, J.L.Farmer, “Assessment of Fiber Optic Pressure Sensors”, Prepared for Division of Systems Technology Office of Nuclear Regulatory Research, Washington, DC, April 1995 13. http:\\www.smartfibres.com\Smart FBG Sensors 14. High-Temperature, High Bandwidth, Fiber-Optic, MEMS, Pressure Sensor Technology for Turbine Engine Componen Testing. W.Pulliam, P.Russler, 2005. 15. Thermal considerations for fiber optic sensors components, Sensors, September 2002

77

SYSTEMS OF HOLOGRAPHIC NONDESTRUCTIVE CONTROL ON THE BASIS OF CHALCOGENIDE VITREOUS SEMICONDUCTORS .

Andrian Nastas, Andrei Andries, Valeriu Bivol, Ivan Slepnev, Alexandr Prisacar

Center of Optoelectronics of Institute of Applied Physics of Academy of Sciences of Moldova

1 Academies St., MD-2028, Chisinau, Moldova Republic Tel: (+373 22) 739846, Fax: (+373 22) 739805, e-mail: nastas_a@usm.md

In the report it was shown the possibility of registration of two expositions of interferograms by utilizing

two-layer photo thermoplastic carriers[1]. In this structure as photosensitive layer chalcogenide vitreous semiconductors (HVS) have been utilized that can manifest simultaneously the photoconductivity properties as well as photo structural behavior [2]. It was demonstrated that in the process of recording holograms it is possible to use not only the phenomenon of photoconductivity, but also photo structural transformations characteristic for these materials (Fig.1). The hologram of reference object is registered by means of photo structural transformations in HVS layer and the next exposition of hologram is registered on a thermoplastic layer using photo thermoplastic recording method. It was shown that described two-step method allows not only investigate holographic interferometry phenomenon but also to carry out holographic correlation testing [3,4].

Fig. 1 “ Rings of Newton ”. (In 1 difraction a maximum - result of an interference of the reconstructed spherical and flat wave fronts).

References 1. Панасюк Л.М. Фототермопластическая запись на сиситемах полупроводник-термопластик. I.

Некоторые особенности формирования изображений Сб. Способы записи информации на бессеребреных носителях. // Киев: Вища школа. 1977. вып.8 С.14-24.

2. Несеребряные фотографические процессы // Под ред. Картужанского А.Л., Л.: Химия, 1984. 376 c.

3. Holographic Nondestructive Testing K.Erf R. N. Y.: Academic Press, 1974. 446 p. Перевод: под ред.

Карасева В.А. Голографические неразрушающие исследования М.: Машиностроение, 1979. 446 с.

4. Nastas Andrian, Andrieş Andrei, Bivol Valeriu, Slepniov Ivan „Procedeu de Înregistrare a informaţiei optice”,

Brevet de invenţie 3302 (13) B1, Nr. Depozit a 2005 0252, data depozit 2005.09.02. Hotărâre AGEPI din 2007. MD-BOPI 4/2007. pag. 48.

78

Electrical properties of Al-doped ZnSe single crystals

D. D. Nedeoglo1, N. D. Negeoglo1, V. P. Sirkeli1, I.M. Tiginyanu2, and V.V. Ursaki2

1 Moldova State University, 60 A. Mateevich str., Chisinau MD-2009, Moldova 2 Institute of Applied Physics, Academy of Sciences of Moldova, Chisinau MD-2028, Moldova

In this work, we investigate the electrical properties of ZnSe single crystals doped with Al. The processes of interaction between the intrinsic and impurity defects are analyzed and the difficulties of controlling ZnSe donor doping processes by means of III-group elements are discussed. The Al doping of as-grown high resistivity (ρ ≈ 108 Ω⋅cm) n-ZnSe single crystals was carried out by means of high temperature (950oC) annealing in the Zn+Al melt with different doping impurity content during 100 hours. The doping level was controlled by the variation of the Al content in the [(100 – X) at.% Zn + X at.% Al] melt from 0.1 to 80 at.%. Fig. 1 shows the temperature dependence of free electron concentration in the samples annealed in pure Zn melt and [(100 – X) at.% Zn + X at.% Al] melt with the X varying from 0.1 to 40. The n(103/T) dependence for undoped sample is characteristic for a semiconductor with one shallow donor level. The concentration of electrons in the conduction band increases with the temperature increase due to the impurity activation. The introduction of Al impurity in the Zn melt and the increase of its concentration to 0.5 at.% leads to the increase of the electron concentration in all the investigated temperature interval with an insignificant change in the character of n(103/T) temperature dependence.

Further increase of the Al content in the melt (NAl) leads to a complex dependence of electron concentration on the annealing medium composition as shown in Fig. 1, inset. The increase of the Al content in the Zn+Al melt up to 5 at.% leads to the decrease of the electron concentration. Then the electron concentration increases again, reaches a maximum value at NAl = 20 at.% and sharply decreases at higher Al concentrations. Despite the complex dependence of electron concentration on Al concentration in the melt, the value of the electron concentration in the doped samples with NAl < 40 at.% is higher than the respective value in samples annealed in pure Zn melt (dash line in Fig. 1, inset). This result reflects the predominant donor behavior of the Al atoms in ZnSe crystals, although the character of the n(NAl) dependence at 0.5 at.% < NAl ≤ 5 at.% is indicative of the increase of the concentration of Al-based defects of acceptor type. The temperature dependence of electrical conductivity for the investigated n-ZnSe samples is presented in Fig. 2. The increase of the Al content in the Zn+Al melt up to 0.5 at.% leads to the increase of the electrical conductivity by more than one order of magnitude in the whole investigated temperature interval, the character of the σ(103/T) dependence being changed. The maximum at 135 K becomes more pronounced that indicates the decrease of the compensation degree. Further increase of the Al concentration leads to the decrease of the electrical conductivity (Fig. 2, inset, NAl > 0.5 at.%), and the σ(103/T) curves take the shape characteristic for compensated crystals. At NAl > 1 at.%, the electrical conductivity again increases and, after passing through a maximum at NAl = 20 at.%, sharply

decreases (Fig. 2, inset). It reaches the lowest value of σ(300 K) = 1.13x10-6 Ω-1⋅cm-1 at NAl > 80 at.%. The samples

Fig. 1. Temperature dependence of the free electron concentration in n-ZnSe crystals annealed in [(100-X) at.% Zn+X at.% Al]. Inset: electron concentration versus Al content in the Zn+Al melt. The dash line represents the value of the electron concentration for the crystal annealed in pure Zn melt.

79

prove to be highly compensated with a sharply decreasing electrical conductivity with the temperature decrease (Fig. 2, X = 60.

The mentioned peculiarities of the temperature (Figs. 1, 2) and concentration (Figs. 1, 2, insets) dependence of n and σ for n-ZnSe crystals annealed in the Zn melt with increasing Al concentration are not consistent with the usual behavior of the normal Al donor impurity in n-ZnSe. With the increase of the concentration of Al atoms in the crystal, the concentration of compensating acceptors increases starting from some critical concentration (in our case, NAl ≥ 0.5 at.%), therefore, leading to the phenomenon self-compensation of the shallow donor impurity. The compensating action of the doping Al impurity in n-ZnSe crystals can be explained within the limits of a model elaborated by one of the authors of this work for an analogous phenomenon in n-ZnSe crystals doped with In [1]. According to this model, the Al atoms fill in the zinc vacancies and form shallow AlZn donors in the process of thermal diffusion at low Al concentrations. As a result, the concentration of compensating VZn intrinsic defects decreases, while the concentration of shallow donors increases. The electrical conductivity, the concentration of free electrons and their mobility in the crystals doped with Al increase in comparison with the values for the crystals annealed in pure Zn

melt. The electron gas becomes degenerated. The probability of AlZn atoms to be placed in a nearest vicinity of unoccupied VZn vacancies increases with the increase of the doping impurity concentration due to the decrease of the mean distance between the replacing atom and the vacancy in the process of crystal doping. This trend increases the probability of

the formation of the (AlZnVZn)− acceptor complex, which compensates the shallow donor impurity. The increase of the concentration of these acceptor complexes explains the sharp decrease on n and σ (Figs. 1, 2, insets) with the increase of the Al doping level (NAl ≥ 0.5 at.%). Obviously, the effectiveness of the formation of these associative acceptors should be determined by the concentration of VZn intrinsic defects at a constant level of doping impurity concentration that was convincingly demonstrated for n-ZnSe crystals doped with In [1]. At a certain high enough Al doping level, all Zn vacancies in the crystal are occupied by Al atoms or form (AlZnVZn)− complexes. According to this model, further introduction of Al atoms in the crystal leads to the filling of the zinc vacancies in the (AlZnVZn)− complexes and results in their dissociation and increasing concentration of AlZn donors. The initiation of this process explains the observed increase of the free electron concentration at NAl ≥ 5 at.% (Fig. 1, inset) and the shift of the Fermi level deep into the conduction band. Unexpected in some extent is the sharp decrease on n and σ, as well as the total lift of the degeneracy of the electron gas in n-ZnSe crystals annealed in the melt with the Al content NAl ≥ 20 at.% (Figs. 1, 2). We explain this result by the sharp increase of the concentration of compensating intrinsic VZn defects due to the weakening of the diffusion process of Zn atoms in the highly Al enriched melt. Therefore, the interaction between the intrinsic and impurity defects in the process of Al doping of ZnSe crystals is the main factor impeding the control of donor doping of ZnSe.

This work was supported by the Supreme Council for Research and Technological Development of the

Academy of Sciences of Moldova under the program “Basic research and development of materials and devices for photonic and optoelectronic applications.” References: [1] V.Z. Bolboshenko and D.D. Nedeoglo, Fiz. Tekh. Poluprovodn. (S.-Peterburg) 21, 1247 (1987) [Sov. Phys. Semicond. 21, 755 (1987)].

Fig. 2. Temperature dependence of the electrical conductivity in n-ZnSe crystals annealed in [(100-X) at.% Zn +X at.% Al]. Inset: electrical conductivity versus Al content in the Zn+Al melt. The dash line represents the value of the electrical conductivity for the crystal annealed in pure Zn melt.

80

Technology of obtaining of ZnSe single crystals having a low dislocation density

G.V. Colibaba, D.D. Nedeoglo

Department of Physics, Moldova State University, A. Mateevich str. 60, MD-2009, Kishinev, Moldova

The dependence of a structural perfection of ZnSe single crystals grown by a method of the seeded physical

vapor transport in vacuum on a crystallographic direction of seed, a seed structural perfection, a temperature of growth, an undercooling, a growth rate, and also a structure of a growth ampoule and an axial temperature profile of furnace, is explored. The temperature of growth is varied in a range from 975°С to 1080°С, the undercooling is varied from 0.5 to 10°С, and the growth rate is changed from 0.5 to 10 mm/day.

The seeds were fragments of crystals grown from a melt. The dislocation density in them was 5⋅105 cm-2 – 106 cm-2. The seeds both having subgrain boundaries and not having these defects were used. The material synthesized by means of annealing of Zn in Se vapors was used as source. The synthesized material, in a consequence, was purified by sublimation in sealed quartz ampoules.

It is revealed, that use of growth temperatures in a range from 975°С to 1080°С at a variation of the undercooling from 4°С to 1°С allows to reach growth rates equal to 1-1.5 mm/day. At the use of seeds that are free from subgrain boundaries, mentioned above conditions correspond to growth of crystals that are free from voids and have volume, at least, up to 4 cm3. At use of higher growth rates, which is reached by major undercooling, obtained crystals contain voids, volume of which is up to several mm3. The presence of voids is observed and in a case of lower growth rates at use of seeds containing subgrain boundaries.

It is shown, that the use of classical parabola-like axial temperature profiles of furnace, at which the temperature gradient in the area of a boundary between a seed and a bottom of ampoule is 1-2°С/сm, gives in the effect of an attachment of grown crystal (seed) to a flat bottom of an ampoule. Thus, a practically complete destruction of both a seed and a lower part of a crystal (on depth up to 5 mm) are observed. The influence of technological parameters on a degree of attachment of grown crystals was explored by a variation of distance between a seed and a flat bottom of ampoule, the change of a total time of cooling in a condition of a reverse temperature profile, the use of graphitization of a growth ampoule bottom, the use of a growth ampoule, a bottom of which had a conical shape, and also the use of a composite temperature profile, minimum of which is located in the area of a boundary between a seed and a flat bottom of ampoule. It is revealed, that use of the last technological aspect is most suitable for the complete elimination of attachment of grown crystals. It is shown, that the application of the temperature profile having a minimum is complicated by a high probability of formation of secondary crystals on walls of a growth chamber. Thus, it is revealed, that the area of growth of secondary crystals coincides with an area that limited of points corresponding to condition of d2T/dz2=0, where T is a temperature, and z is a space co-ordinate. For complete elimination of appearance of secondary crystals, both a seed pedestal, a inferior part of which is located in the area of temperatures which are bigger than temperature of a seed, and a minimization of an area limited of points corresponding to condition of d2T/dz2=0, was used.

It is shown, that use of fragments of the crystals which have been grown by a method of the seeded physical vapor transport without the elimination of the deformation during cooling, gives in a growth of crystals with high density of both subgrain boundaries and voids. It is opposite, the fragments of crystals not exposed to deformation can use as seeds for obtaining of crystals that are free from subgrain boundaries and voids. The dislocation density in these crystals can be reduced to quantity less than 103 cm-2.

It is revealed, that the photoluminescence spectra of the obtained crystals are characterized by an edge radiation only. The maximums of these spectra are located at about 448 nm, which corresponds to radiation of excitons bound with vacancies of zinc. The electrical conductivity of the obtained crystals after annealing in a Zn melt during 100 hours at temperature 900°С, is no more than 10-6 (Ohm⋅cm)-1. These characteristics of the obtained crystals correspond to a low concentration both shallow uncontrollable donor impurities and impurity of copper.

81

The influence of electron-deformation interaction on formation n-n+ junctions in

three-layers heterosystems with self-assembled point defects

R.M.Peleshchak, O.V.Kuzyk

Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University

I.Franko str. 24, Drohobych, Lviv Region, Ukraine 82100, e-mail: peleshchak@rambler.ru

Irradiation of semiconductor structures by speeded particles (neutrons, α-particles, debrises of division of kerns), γ-quantums, and also the laser irradiation creates point defects-interstitial atoms and vacancies. Besides, such defects can arise during growth of semiconductor compounds, which is accompanied by entrapment with a lot of one of components of compounds. The interaction between point defects of a heterostructure and the self-consistent field of strain caused as by as both presence of dot defects, and discordance of lattices of contacting materials leads to the formation of ordered defect-deformation structures [1]. The inhomogeneous distortion in heterostructure with point defects, owing to the self-consistent electron-deformation coupling, brings about the spatial redistribution of conduction electrons )(xn∆ and the emergence of the electrostatic potential ( )xϕ in the vicinity of defect-deformation structures [2]. To find )(xn∆ and ( )xϕ , the following self-consistent system of equations is to be solved:

1) the equation, which defines concentration of defects; 2) the nonlinear differential equation for strain (requirement of mechanical equilibrium); 3) the equation which determines the concentration of electrons; 4) the Poisson equation; 5) the stationary Schrödinger equation; 6) the equation for the chemical potential. Provided that the defect concentration, which does not exceed some critical value

2

220

1dd

dckTc

llN

θρ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= , ( dθ - deformation potential, 0l , dl - the characteristic radiuses of interaction of atoms

with one another and between defects crystal and atoms), the inhomogeneous deformation, which exists owing to discordance of lattices of contacting materials, has the basic role in redistribution of conduction electrons. There are formed double n-n+- junctions.

In the range of the point defects concentration in the heterostructure 201 dcddc NNN << the point defects

nonlinearly is interact ( 2

2

1d

dckTcN

θρ

= ∼ 1020 cm-3). In this case in such semiconductor system some electrical

stratums exist, for which are surplus or the shortage of mobile electrons in comparison with medial value. If the concentration of defects grows further, dcd NN >0 , the electron density becomes redistributed

periodically in space, and the periodic electrostatic potential emerges. In this case, there appears n-n+-junction in the heterostructure, which are connected in series.

The spatial period of the n-n+-junction structure and the dimension of every electric layer are governed by the concentration of defects, the deformation potential constant, the electron concentration, the elastic constants and the breadth of an interior layers of a heterostructure.

1. V.I.Emel’yanov, I.M.Panin // Laser Physics. – 1996. – 6, 5. – P.971-978. 2. I.V.Stasyuk, R.M.Peleshchak // Ukr. Physics j. – 1994. – 39, 7. – P.856-863.

82

Dependence of baric coefficient of the material of InAs quantum dot upon its size

R.M.Peleshchak, O.O.Dan’kiv, V.P.Tupychak, D.D.Shuptar

Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University

I.Franko str. 24, Drohobych, Lviv Region, Ukraine 82100, e-mail: peleshchak@rambler.ru

The interest in the physics of nanoheterosystems containing quantum dots is associated with both an opportunity to simulate atomic physics experiments on macroobjects and the prospects to create, on the basis of nanomaterials with quantum dots, new devices and systems with wide-range functionalities for opto- and nanoelectronics, new generation information technologies, communication facilities, etc. [1-3].

The basic physical characteristics of nanoobjects (the baric coefficient, Young's modulus, Poisson's ratio) are accepted in the majority of theoretical models to coincide with the corresponding characteristics obtained from macroscopical experiments. However, if the described structures contain a few nuclear layers, the physical characteristics of nanostructures appreciably differ from the corresponding characteristics of bulk crystals. In particular, a discrepancy between the values of the baric coefficient of the InAs quantum dots (QDs) in an InAs/GaAs heterostructure and in a bulk InAs crystal is observed. The results of experimental researches show that the value of the InAs-QD baric coefficient differs from that of the bulk InAs crystal (12 meV/kbar) by about 30-40% [4].

In the work the computational method of the baric coefficient in quantum zero-dimensional semiconductor structures is developed. The baric coefficient of InAs quantum dot material has been determined to be smaller than that of the bulk InAs by approximately 21%.

The rise of the radius of a quantum dot results in a monotonic decrease of its baric coefficient. Such a behaviour of the baric coefficient can be explained by different characters of variations of its components. The component caused by the shifts of the electron and hole ground levels under the action of hydrostatic pressure with the increase of the radius of a quantum dot decreases more intensively than the baric coefficient of the energy gap of the quantum dot material grows.

An increase in energy of the basic optical transition results in a monotonic growth of the baric coefficient. The behaviour of the baric coefficient is caused by the rise of the optical gap width of a quantum dot due to the monotonic growth of electron and hole ground levels with the reduction of the radius of a quantum dot.

1. Tkach M., Holovatsky V., Voitsekhivska O., Mykhalyova M., Fartushynsky R. Electron-phonon interaction in semiconductor spherical quantum dot embedded in a semiconductor medium (HgS/CdS) // Phys. Stat. Sol. B. – 2001. – V.225, 2. – P.331-342.

2. Mao M.-H., Heinrichsdorff F., Krost A., and Bimberg D. Study of high frequency response of self-organised stacked quantum dot lasers at room temperature // Electron. Lett. – 1997. – V.33, 19. – P.1641-1642.

3. Korkusiński M. and Hawrylak P. Electronic structure of vertically stacked self-assembled quantum disks // Phys. Rev. B. – 2001. – V.63, 19. – P.195311-95317.

4. Itskevich I.E., Henini M., Carmona H.A., Eaves L., Main P.C. Photoluminescence spectroscopy of self-assembled InAs quantum dots in strong magnetic field and under high pressure // Appl. Phys. Let. – 1997. – V.70, 4. – P.505-507.

83

Phonon Confinement Effects on the Thermal Conductivity of the Semiconductor Nanowires and Quantum Dots Superlattices

Nadejda D. Zincenco1, Denis L. Nika1, Evghenii P. Pokatilov1 and Alexander A. Balandin2 1Moldova State University, Chisinau, MD-2009, Moldova

2Department of Electrical Engineering, University of California – Riverside, Riverside, CA 92521, USA

With the further reduction of a feature size of the electronic devices and increasing amount of the dissipated power the problem of heat removal and thermal management of nanoscale circuits becomes crucial. For this reason, the accurate modeling of thermal conductivity of the nanostructured materials gains new importance. It is well known that the thermal conductivity of generic semiconductor nanostructures is smaller than that of constituent bulk materials [1]. In the technologically important semiconductors heat is mostly carried by acoustic phonons and the decrease of thermal conductivity happens due to increased phonon–boundary scattering and, in very small structures, due to the modification of acoustical phonon energy spectra and decrease in the phonon group velocity [2-4]. Modification of the acoustic phonon dispersion is particularly strong in freestanding thin films or in nanostructures embedded into the elastically dissimilar materials [4-6]. In this sense, nanostructures offer a new way of controlling the phonon transport via tuning its dispersion relation, i.e. phonon engineering [1-2].

In this paper we report on the development of the face-centered cubic cell dynamic lattice model (FCC-model) for the acoustic phonons in the semiconductor rectangular hetero-nanowires (QHs) and one-dimensional quantum dots superlattices (QDS) (see Fig. 1 (a)). Using this model, we calculated the phonon thermal conductivity in the Si-based nanowires and in one-dimensional Si/Ge QDS by taking into account changes in the acoustic phonon dispersion. We have also investigated the influence of the cladding materials on the phonon thermal conductivity in such nanostructures.

Fig. 1 (b) shows the phonon energy spectra in Si/Ge QDS with four atomic monolayers of Si and two atomic monolayers of Ge in the QDS cell. One can see from this figure that the velocities of the higher phonon modes are practically equal to zero due to their localization in Si-segments of QDS. We have found that the decrease of the average phonon group velocities in QDS in comparison with the nanowires leads to the corresponding strong (by a factor of seven) decrease of the thermal conductivity. The thermal conductivity calculations were performed taking into account all major mechanisms of the phonon relaxation [1-3]: scattering on impurities, boundaries and Umklapp processes. We have also shown that the nanowire claddings with the smaller sound velocities decrease the thermal conductivity, while the claddings with the higher sound velocities have the opposite effect.

The work at SUM was supported, in part, by the State Projects of Republic of Moldova no. 06.408.036F and 06.35.CRF. The work at UCR was supported, in part, by the MARCO Center on Functional Engineered Nano Architectonics (FENA).

References [1] A.A. Balandin and J. Zou, Thermal Transport in Semiconductor Nanostructures in Quantum Dots and Nanowires, ed S. Bandyopadhyay (American Scientific Publishers, Los Angeles, USA), pp. 303 – 332 (2003) [2] A.A. Balandin and K.L. Wang, Phys. Rev. B 58, p. 1544 (1998) [3] J. Zou and A. Balandin, J. Appl. Phys. 89, p. 2932 (2001). [4] A.A. Balandin, E.P. Pokatilov and D.L. Nika, J. Nanoelectron. Optoelectron. 2, p. 140 (2007). [5] N. Bannov, V. Aristov, V. Mitin and M.A. Stroscio, Phys. Rev. B. 51, p. 9930 (1995). [6] N. Mingo, Phys. Rev. B 68, p. 113308 (2003).

Figure 1: (a) Schematic view of the one-dimensional QDS. (b) Phonon energy spectra in the one-dimensional Si/Ge QDS.

84

PROPRIETĂŢÍLE TERMOELECTRICE ALE MONOCRISTALELOR DE PbTe:Gd

A.V. Nicorici, A. V. Todosiciuc

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞ RM, str. Academiei3/3, Chişinău, 2028 MD, Moldova

Tel. +373 22 737072, e-mail todos2005@yandex.ru

Utilizarea compuşilor AIVBVI pe bază de PbTe ţine mult de rezolvarea unor probleme de ordin tehnologic. Concentraţia purtătorilor de liberi în compuşi AIVBVI este dictată de numărul mare de defecte proprii (1018 – 1019 cm-3). Pentru micşorarea concentraţiei deseori se recurge la tratamentul termic într-o atmosferă bogată în vapori de Pb, însă omogenitatea unor astfel cristale lasă mult de dorit. O altă metodă de reducere a purtătorilor liberi este doparea. Sunt multe date bibliografice ce ţin de influenţa impurităţilor asupra proprietăţilor electrice, termoelectrice şi fotoelectrice. În rezultatul dopării compuşii AIVBVI capătă proprietăţi principial noi, ce nu sunt caracteristice pentru compuşi nedopaţi, cum ar fi stabilizarea nivelului Fermi, fotosensibilitatea înaltă la temperaturi joase, caracterul remanent al fotoconductibilităţii. Însă până în prezent sunt relativ puţine date despre influenţa impurităţilor de tipul pământurilor rare asupra proprietăţilor termoelectrice a PbTe. În lucrare sunt prezentate rezultatele cercetării influenţei impurităţii de Gd asupra proprietăţilor electrice şi termoelectrice a PbTe. Monocristalele de PbTe:Gd (CGd=0.5-2.0% at.) au fost obţinute din topitură prin metoda lui Bridgmen. Doparea s-a efectuat în procesul de sinteză a compusului dat. Cercetările metalografice au arătat că lingourile, de obicei, aveau unu-două blocuri monocristaline, care puteau fi evidenţiate, relativ uşor, în urma corodării chimice. Corodărea selectivă a arătat că concentraţia dislocaţiilor este de ordinul 106 cm-2. În urma cercetărilor difractometrice cu raze-X o altă fază n-a fost depistată. Au fost cercetate dependenţele concentraţiei purtătorilor de sarcină, conductibilităţii electrice σ, mobilităţii µ şi a coeficientului FEM termice α de temperatură în intervalul 77-300K. Măsurările au demonstrat, că în urma dopării cu Gd cristalele posedă conductibilitatea de tipul n. În dependenţă de gradul de dopare concentraţia purtătorilor de sarcină la temperatura de 77K varia de la 2⋅1018 cm-3 până la 2⋅1020 cm-3 , iar conductibilitatea electrică σ de la 1⋅104 Ohm-1cm-1 până la 3⋅104 Ohm-1cm-1. Mobilitatea avea valori de (2.0-2,5)⋅104 cm2/Vs S-a observat o oarecare distribuţie a impurităţilor de-a lungul lingoului. Pentru toate cazurile concentraţia purtătorilor la începutul lingourilor era mai mare decât la sfârşit. Pentru PbTe:Gd<1%> concentraţia era de 7⋅1018 cm-3 la începutul lingoului şi 2⋅1018 cm-3 la sfârşitul acestuia. Pentru PbTe:Gd<2%> concentraţia era 2⋅1020 cm-3 şi 2⋅1019 cm-3 respectiv.

Cercetarea dependenţei coeficientului FEM termice de temperatură în PbTe:Gd a arătat că valoarea acestuea în mare măsură depinde de temperatură şi de concentraţia purtătorilor liberi. Pentru concentraţiile n = (2.0⋅1019 - 1.4⋅1020) cm-3 valoarea lui α la temperatura 77°K variază de la 11 µV/K până la 30 µV/K, iar la temperatura camerei - de la 60 µV/K până la 167 µV/K. În cazul când concentraţia are valori din intervalul (2.0-6.7)⋅1018 cm-3 coeficientul FEM termice se schimbă de la 27 µV/K până la 75 µV/K la temperatura de 77K şi de la 170 µV/K până la 260 µV/K la temperatura de 300K. În tabelul de mai jos sunt prezentate valorile factorului α2σ

la temperatura de 300K pentru câteva probe. Valoarea factorului α2σ se schimbă neînsemnat până la a temperatura 350K.

α2σ, 106 n, cm-3 σ, Ohm-1cm-1 α1, µV/K µ1, cm2/V⋅s 30.3 3⋅1018 655 215 1400 27 3.3⋅1018 675 200 1260

26.6 1.13⋅1020 4430 60 250 39.4 1.03⋅1019 2130 136 1290

85

Characterization of CuGa3Se5 and CuGa5Se8 single crystals by optical SHG

Buinitskaya G., Gherman C., Mirovitskii V.

Institute of Applied Physics, A.S.M., Academic str.5, Chisinau, MD-2028, Moldova

Chalcopyrite-type semiconductors Cu(In1-xGax)mSen identified as “ordered vacancies compounds” are perspective candidates for fabrication of cheep thin film solar cells with a high efficiency of energy conversion. A comparative study of chalcopyrite-related CuGa3Se5 and CuGa5Se8 single crystals by optical second harmonic generation (SHG) in reflection geometry is presented.

Both bulk samples were grown by the Bridgman method. Using the Energy Dispersive X-ray Microanalysis (EDAX) of the natural cleavage surfaces it was found that the composition of both types of samples is very close to the nominal 1:3:5 stoichiometry with a small surplus of Cu atoms.

The SHG measurements were carried out in “reflection” geometry due to a strong absorption of blue-green light in the samples. The radiation of Ti:sapphire laser with fundamental wavelength λω=780nm was focused onto the natural cleavage surfaces used as “reflecting” planes at 45º incidence. The SH-radiation at λ2ω=390nm was detected by means of a photomultiplier and standard photon counting system. The SH intensity was measured for р-in, р-out, p-in, s-out, s-in, p-out, and s-in, s-out polarization geometries in dependence of azimuthal rotation angle. Both measured curves are similar on their shapes but in the case of CuGa3Se5 the SH signal’s amplitude is higher (Fig. 1)

0 50 100 150 200 250 300 3500

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000 a.

SH

G in

tens

ity, a

.u.

azimuthal angle, degree

0 50 100 150 200 250 300 3500

5000

10000

15000

20000

25000 b.S

HG

inte

nsity

,a.u

.

azimuthal angle, degree

Fig.1 Azimuth SH (p-in, p-out) dependence measured and calculated for CuGa3Se5 (a) and CuGa5Se8 (b) The curves obtained were used for determination of point group symmetry of both samples as well as for the identification of reflecting planes orientation with respect to crystallographic axes. For these purposes the fitting procedure of measured dependencies to calculated ones was used. Theoretical model taking into account strong absorption in sample was developed for numerical simulation of SH-response. The model includes several adjustable parameters, such as Euler’s angles ( )χϑϕ ,, determining orientation of reflecting plane and independent components of the nonlinear susceptibility tensor ijd . The ϕ - azimuthal angle was changed in the process of measurement, χ -angle between orientations of both the crystallographic (z-axis) and the normal to the (112) reflecting plane (z’-axis), the angle ϑ describe the rotation around z’-axis. The angles deviation of z’-axis from z one for investigated crystals are 0255)SeCuGa( 53

′=χ o and 9153)SeCuGa( 85′=χ o .

We reveal that the 36d components of nonlinear susceptibility tensor are larger than 1.0, i.e. than other nonzero components of the tensor ( 14 25 1.0d d= = ). This indicates that the Kleinman’s conditions are slightly

broken at the SH-wavelength. For both samples an excellent fit was achieved for m24 symmetry group and the (112) reflecting plane. The difference in the intensity of SH-response is explained by the fact that the investigated crystals have different band gaps

3 5( ) 1.78g CuGa SeE eV= , 5 8( ) 1.92g CuGa SeE eV= and values of nonlinear constants

are very sensitive to the frequency of light at the edge of the fundamental gap. The band gap value of CuGa3Se5 is closer to the energy of the fundamental wave 1.59E eVω = .

86

Electronic thermal conductivity of quasi-one-dimensional organic crystals A. Casian, I. Balmus, R. Dusciac and V. Dusciac

Department of Informatics, Computers and Microelectronics, Technical University of Moldova, Av. Stefan cel Mare 168, MD-2004, Chisinau, Moldova

The electronic thermal conductivity is investigated theoretically in quasi-one-dimensional (Q1D) organic crystals, in which the interference of two more important electron-phonon interactions is well pronounced. Such materials attract more and more the attention of investigators as new materials with much more diverse physical properties as compared to those of inorganic materials. In particular, unusual high values of the thermoelectric figure of merit have been predicted in some highly conducting Q1D organic compounds [1]. The thermal conductivity κ consists of crystal lattice contribution Lκ and the contribution of electrons eκ . The experimental data shows that in the not perfect Q1D organic crystals with low electrical conductivity the thermal conductivity is low too. This means that the lattice part of κ is small, and it is necessary to investigate the electronic part, eκ which could increase with the increase of the electrical conductivity. Q1D are named such crystals which consist of linear chains of molecules packed into a three dimensional crystalline structure. The motion of carriers along the chains is band-like, whereas between the chains it is hopping-like. In the first approximation the letter can be neglected and we obtain a 1D crystal model. So as the molecular orbitals are rather localized, the motion of electrons is described in the tight binding and nearest neighbors approximations. The crystal model takes into account simultaneously two main interaction mechanisms of conduction electrons with acoustic vibrations of the crystalline lattice and the scattering on impurities. The first interaction is similar to that of deformation potential. The second one is similar to that of polaron, only it is considered the induced polarization. It is important that under especial conditions, the interference between these interactions can take place. As a result, for a narrow strip of states in the conduction band the both mentioned electron-phonon interactions considerably compensate each other, and the scattering probability for carriers in these states is strongly diminished. If these states are sufficiently populated by carriers, the electrical conductivity will be strongly increased. It is important to know how the electronic thermal conductivity will be affected by mentioned interference. The kinetic equation has been resolved and the electronic thermal conductivity eκ was expressed through the transport integrals. The letters were calculated for crystals formed from TCNQ chains in TTF-TCNQ compounds. The parameters of this compound are typical for those of Q1D crystals. Two the most important (dimensionless) parameters are g which is the ratio of amplitudes of both electron-phonon interactions, and D which describes the carriers scattering on impurities. D is proportional to impurity concentration and may be much less than unity, if the crystal is rather pure. The electronic thermal conductivity was modeled as a function of g for different values of Fermi energy and D. It was found that eκ has a pronounced maximum, the value of which grows with the growth of Fermi energy. Also, when D is smaller, the maximum is higher. The electronic thermal conductivity was also modeled as a function of Fermi energy for different values of g and D. In Fig.1 the dependence of eκ on dimensionless Fermi energy expressed in unities of 2w is presented for g = 5, where w is the energy of transfer of an electron from a molecule to the nearest one along the chain. It is seen that the maximum depends on D. The values of dimensionless parameter D = 5ä10-2; 7ä10-3; 5ä10-4 at room temperature are chosen which correspond to more accessible crystal purity. The maximum of eκ is ~ 17.5 mW/cmK in the purest crystal, and ~ 12.7 mW/cmK in the less pure case, values which are not high. The Q1D organic crystals are mixed-valence compounds. The carriers are created by transfer of electrons from donor chains of molecules to acceptor ones. In many cases the degree of transfer is such that the conduction band is filled to the order of 1/4. In these crystals the Fermi energy Fε is close to 0.5. From Fig.1 it is seen that for

Fε = 0.5 the electronic thermal conductivity is even smaller. The electronic thermal conductivity grows quickly with the increase of w, almost as w3, but in considered crystals it remains low. Such crystals have promising thermoelectric applications. 1. Casian A. in: Thermoelectric Handbook– Macro to Nano, Ed. by D. M. Rowe, CRC Press, USA, 2006, Chap.36.

Fig.1. Electronic thermal conductivity as a function of dimensionless Fermi energy

87

Proprietăţile optice şi luminescente ale cristalelor ZnSe:Cr L.L.Culuc2, O.V. Kulicova2, D.D.Nedeoglo1, I.V.Radevici1, A.V.Siminel2, V.P.Sirkeli1, K.D.Suşchevici1

1Universitatea de Stat din Moldova, str.Mateevici 60, Chişinău, MD-2009, Moldova 2Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de Ştiinţe a Moldovei, str. Academiei5, Chişinău MD-2028, Moldova

În intervalul temperaturilor de la 85K până la 300K au fost studiate tranziţia şi fotoluminescenţa (FL) ale cristalelor de ZnSe dopate cu crom. Monocristalele n-ZnSe:Cr au fost obţinute din faza gazoasă prin metoda reacţiilor chimice de transport. În calitatea de gaz transportator a fost folosit iod. Temperatura în zona sursei era 780-790°C, iar în zona creşterii cristalelor 750-770°C. Cantitatea cromului în materialul sursă s-a variat de la

0,03% at. până la 0,30% at. Studiile fotoluminescenţei au fost efectuate la excitarea probelor cu laser cu azot (337,1 nm) şi heliu-neon (532 nm) şi cu utilizarea monocromatorului МДР-23. În calitatea de detector al radiaţiei vizibile au fost folosite ФЭУ-79, ФЭУ-62 şi fotorezistenţa PbS pentru înregistrarea radiaţiei în domeniul infraroşu (IR). A fost stabilit, că în probele cu concentraţia diferită a cromului ca impurităţii de dopare se observă iradiere cât în domeniul vizibil, atât şi în domeniul IR al spectrului (vezi fig.). Structura cea mai complicată a spectrului de FL în domeniul vizibil al spectrului a fost observată la proba cu partea componentă a impurităţii de Cr 0,30% at. Fâşie în domeniul undelor scurte cu maximum la 646 nm, după toate probabilităţile, se formează cu participarea centrelor asociative de luminescenţa (VZn ClSe) [1] şi (VZn AlSe) [2], sau centrelor de luminescenţa pe baza ionilor de cupru cu o sarcină (Cu+

Zn) [3].Prezenţa cromului în probe cercetate se manifestă prin apariţia fâşiilor de FL cu lungimile de undă cele mai mari. Fâşie cu maximum la 972 nm (0,30% at. de Cr) este cauzată de treceri radiative ale electronilor liberi la nivelele atomilor de Cr o dată ionizate (Cr+). Fâşie de iradiere IR cu lungime de undă cea mai mare cu maximum la 2108 nm (0,3% at. Cr) este cauzată de treceri radiative intracentrale 5E→5T2 între nivelul excitat inferior (5E) şi cel de bază (5T2) ale ionului Cr2+. La temperatura camerei fâşie de tranziţie a cristalelor ZnSe:Cr are o margine pronunţată, localizată la 500 nm, şi scăzând

lent se extinde până la 2500 nm. Cu micşorarea temperaturii până la 85K marginea fâşiei de tranziţie devine mai lină şi se deplasează în domeniul lungimilor de undă mai mari. A fost cercetată influenţa temperaturii asupra proprietăţilor iradiative ale cristalelor de ZnSe:Cr cu concentraţia diferită a impurităţii de dopare în domeniul vizibil al spectrului.

Bibliografie. 1. J.E.Nicholls, D.J. Dunstan, J.J. Davison. Semicondactors and Insulators 4, 119 (1978). 2. J. Bouley, P. Blancomer, A.Herman, P.Ged, P.Henoc, I.P. Nablanc. J.Appl.Phys. 46, 3549 (1975). 3. G.Jones, G.Woods. J.Luminescence 9, 389 (1974).

Fig. Spectre de FL ale monocristalelor n-ZnSe:Cr cu concentraţia diferită a impurităţii de crom

88

MAGNETOTHERMOPOWER PECULIARITIES OF STRAINED BISMUTH WIRES

Elena Condrea¹ and Jos A A J Perenboom²

¹ IEEIT of Academy of Sciences, 3/3 Academiei str., Chishinau MD-2028, Republic of Moldova,

² High Field Magnet Laboratory and Institute for Molecules and Materials, Radboud University, Toernooiveld 7, NL-6525 ED Nijmegen, The Netherlands

We present investigations on glass-coated single Bi nanowires under uniaxial strain at high magnetic fields

up to 30 T. It is well known that the zero-field thermopower of high quality bulk bismuth samples at helium temperature is dominated by the phonon drag effect.

Our earlier investigations [1] on non-deformed Bi wires with d = 100 - 300 nm in the temperature ranges 4.2 – 25 K have revealed a large positive thermopower dominated by diffusion effect. The diffusive character of the thermopower was attributed to the limited size of the wires and to structural imperfections which strongly diminish the phonon - electron contribution to the total thermopower.

On application of the stretching the positive thermopower gradually decreases and changes sign from positive to negative. Measurements of the magnetothermopower in magnetic field revealed an increase of the phonon drag contribution to the thermopower for strained wires. Fourier analysis of the quantum oscillations in the magnetothermopower indicates an Electronic Topological Transition (ETT) from three electron ellipsoids to two that takes place at a stretching of 0.6 %.

Taking into consideration some predicted anomalies arising in the phonon spectrum for the materials undergoing an ETT of the Fermi surface [2] we can explain the large increase of the phonon contribution under strain in the zero-field thermopower. The phonon drag effect becomes dominant in the thermopower when the phonons acquire sufficient momentum to scatter the carriers across the Fermi surface, changed after ETT.

The thermopower displays a hole-like behavior in strong magnetic field (15 – 30 T) where all electrons move quasi-one-dimensionally parallel to the wire axis. The mechanism of the large magnetothermopower at high magnetic field is discussed taking into account that when all electrons are in the quantum limit state one expects prevalence of phonon drag effect of heavy holes.

One of the authors (EC) acknowledges support by EuroMagNET under the EU contract RII3-CT-2004-506239 for access to the High Field Magnet Laboratory in Nijmegen and by Project 069/P. References [1] A D Grozav and E Condrea, J. Phys.: Condens. Matter. 16, 6507 (2004). [2] L Dagens, J. Phys. F.: Met. Phys. 8, 2093 (1978).

89

Efectul microbulelor electrolitice asupra curgerii cavitaţionale peste un sistem de corpuri

T. Cuciuc, M. Bologa, P. Dumitraş

Institutul de Fizică Aplicată, AŞM, or. Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028,

cuciuctud@yahoo.com , 73-17-44

Apariţia şi dezvoltarea cavitaţiei hidrodinamice este o consecinţă a creşterii vitezei şi reducerii presiunii locale până la cea a vaporilor saturaţi. In cazul unui corp singular presiunea joasă este localizată în zona formării vârtejurilor din spatele acestui corp. S-a constat că prin aplicarea diferitor metode de dirijare a curgerii zona cu presiune joasă poate fi modificată, influenţând astfel direct asupra numarului de cavitaţiei incipiente şi a efectului ei asupra caracteristicilor hidrodinamice ale corpului. În lucrare sunt prezentate rezultatele cercetărilor experimentale a fenomenului de cavitaţie şi a influenţei asupra acestuia a regimului de curgere în straturile limită a unui cilindru izolat sau a sistemului de cilindri. Experimentările s-au efectuat într-un tunel hidrodinamic cu circuit închis în regiunea numărului Reynolds critic (Re<2.0·105) şi în plaja numărului de cavitaţie 0.75<σ<10.0. Generarea regimului turbulent de curgere s-a efectuat prin injectarea microbulelor electrolitice în stratul limită [1].

S-a demonstrat că prin modificarea regimului de curgere în stratul limită se poate reduce valoarea numărului de apariţie a cavitaţiei σ =σi. Pe de altă parte apariţia cavitaţiei este însoţită de o creştere în salt a rezistenţei cilindrului. Această creştere se explică prin micşorarea presiunii în zona din spatele cilindrului, cauzată de apropierea de suprafaţa lui a regiunii de formare a vârtejurilor-caverne. Dezvoltarea cavitaţiei duce la micşorarea rezistenţei cilindrului până la o valoare limită, care nu depinde de regimul de curgere în stratul limită, însă este determinată de fenomenul de blocare cavitaţională a curgerii.

Curgerea cavitaţională peste un sistem de cilindri este influenţată puternic de interferenţa hidrodinamică. Se propune o clasificare nouă a regimurilor de curgere necavitaţională peste un sistem de corpuri.Totodată sunt evidenţiate particularităţile dezvoltării fenomenului de cavitaţie şi a efectului ei asupra caracteristicilor hidrodinamice şi de transfer de căldură în fiecare din aceste regimuri.

În cazul curgerii peste un tandem de cilindri prin injectarea microbulelor electrolitice în stratul limită al primului cilindru se reduce distanţa critică dintre cilindri de la 3.40 la 2.95 pentru cazul blocării reduse a curgerii (raportul diametrului cilindrului la înălţimea canalului S = 0.08) şi de la 2.20 la 1.75 în cazul blocării înalte (S = 0.24).

S-a stabilit că prin crearea condiţiilor de apariţie şi dezvoltare a cavitaţiei se poate influenţa esenţial asupra curgerii peste un tandem de cilindri. În acest aspect s-au evidenţiat particularităţile dezvoltării pseudoblocării cavitaţionale a curgerilor în sisteme hidrodinamice, însoţit de fenomenul de histerezis. S-a demonstrat posibilitatea generării în astfel de sisteme a curgerii cavitaţionale autooscilante.

Atât cercetările vizuale, cât şi măsurătorile pulsaţiilor de presiune în apropierea primului cilindru denotă că în cazul regimului cavitaţional de curgere în jurul tandemului de cilindri în regiunea L<1.54 (L prezintă raportul distanţei dintre axele cilindrilor la diametrul lor) apare fenomenul de desprindere anomală a vârtejurilor - caverne cu o frecvenţă neaşteptat de înaltă (de trei ori mai mare decât frecvenţa vârtejurilor după un cilindru singular). În cadrul cercetărilor experimentale a acestui fenomen s-a constatat că din zona de cavitaţie dintre cilindri se desprind perechi simetrice de vârtejuri - caverne care ocolind cilindrul secund se suprapun pe calea de vârtejuri Karman, desprinsă de cilindrul secund cu o frecvenţă mult mai joasă (numărul Strouhal Sh=0.20). La cresterea L sau la micşorarea numărului de cavitaţie frecvenţa de desprindere a perechilor de vârtejuri - caverne se reduce [2].

În cazul curgerii peste un sistem de doi cilindri, plasaţi în plan ortogonal curentului de fluid [3], s-au evidenţiat patru regimuri: fără interferenţa hidrodinamică, cu sincronizarea proceselor de desprindere a vârtejurilor, bistabil cu abatere de la axa de simetrie a curentului în spaţiul dintre cilindri, cu o singură cale de vârtejuri. S-au evidenţiat particularităţile influenţei injectării microbulelor electrolitice în straturile limită ale cilindrilor asupra aparaţiei şi dezvoltării cavitaţiei in fiecare regim de curgere.

Bibliografie 1. Cuciuc T.V. Poperecinoe obtekanie tsilindra pri periodiceskom vozmushenii pogranicinogo sloia elektroliznâmi puzârikami // Electronnaia obrabotca materialov. 2007. 2. S. 31-38. 2. Bologa M.K., Cuciuc T.V., Paukov Iu.N. Gidrodinamika i teplootdaca tandema tsilindrov pri turbulizatsii pogranicinogo sloia tsilindra, ustanovlennogo vâshe po potoku. Energetika, Litva, 1992. V. 1. S. 44-56. 3. Cuciuc T.V., Bologa M.K., Gramatskii V.V., Dumitraş P.G. Teploobmen i gidrodinamika pri kavitatsionnom obtekanii dvuh tsilindrov, raspolojennâh v read. Trudâ Cetvertoi Rossiiskoi natsionalinoi konferentsii po teploobmenu. Moskva, “Izdateliskii dom MĂI”, 2006. T. 2. S. 163-166.

90

Photoluminescence and EPR studies of manganese doped ZnSe crystals D.D. Nedeoglo, V.P. Sirkeli, R.L. Sobolevskaia, K.D.Sushkevich*, A.V.Kovalenko, S.A.Omelchenko,

O.V.Hmelenko**

*Moldavian State University, 60, Al. Mateevici str., Chisinau, Moldova.**Dnepropetrovsk National University, 13,

Naukova str., Dnepropetrovsk, Ukraine

Luminescent properties and EPR spectra of undoped and manganese-doped ZnSe crystals are studied. Crystals are obtained by a method of chemical transport reactions. As the transport agent iodine was used. Such chemical agents as zinc and selenium “High-purity”; manganese 99,99; iodine “Pure”- were used. Concentration of the manganese imputed into reactor did not exceed 0.3 at.%, it was 0.01; 0.03; 0.06; 0.1 and 0.3 at.%. This area of concentration of manganese in ZnSe is not adequately investigated and is of interest because here exists a threshold of intracentral excitation migration through manganese ions. The temperature of the growth process was varied in the interval of 1000 …1200K, the temperature gradient between hot and cold zone of the reactor being about 30…50K.

Nitric pulsing laser ИЛГИ-503 with input wavelength λex=337.1nm (3,68eV) and also Spectraphysics model 185 Ar+ laser operated at either the 488.0nm (2.54eV) or the 514.5nm (2.41eV) line served as the excitation sources of photoluminescence (PL). A thermal dependence of photoluminescence (PL) spectra in temperature interval 4.2…300 K is explored and the activation energy of thermal quenching of the basic luminescence spectral bands is determined. For the PL band with maximum 590nm ∆Ea amounts 98meV and 0.25meV. For the PL band with maximum 631nm ∆Ea amounts 108meV and 4meV.

Allocation of the impurity defect composition in the grown crystals is explored. A presence of background impurity of Mn2+ and Cr+ in the EPR spectra of undoped crystal at a level of about 0, 018 wt. % is revealed. At introduction of 0.01 at. % of Mn the concentration of manganese observed in a crystal is approximately 0.08 wt. %.

The fact of discrepancy between concentration of manganese imputed in reactor as a controlled impurity and registered in grown crystals may be explained by the presence of background impurity of Mn2+ in initial components. With magnification of concentration of manganese in the crystals the nonhomogeneity of impurity distribution along a crystal appears. Spectra EPR of a homogeneous probe with 0.01 at. % Mn and a nonhomogeneous one with 0.3 at.% Mn were compared. Fig.1 shows the EPR spectra of homogeneous crystal ZnSe and of two parts of the nonhomogeneous one. Concentration of manganese in various parts of the second crystal differs in 3 times.

Concentration dependence of spectra PL is explored. It is shown that with magnification of inlet concentration of manganese, rapprochement of maxima PL at 77 and 300К is observed, that specifies a magnification of the contribution of emanation of manganese at the temperature rise. In some parts of the inhomogeneous crystal with concentration of inlet manganese about 0,89 wt. %, the separate emission band of manganese with a

maximum 590 нм was observed. It is supposed, that intracentral transitions in manganese ions caused by excitation of various wavelengths, are responsible for occurrence of thermostabile bands PL with maxima 590 nm, and 630 nm. At the wavelength of excitation 514.5 nm a laser generation with maximum 631nm in temperature region 4.2…300K was observed.

Dependence of PL spectra on intensity of excitation is investigated. Mechanisms of excitation of radiation of the manganese centers are discussed.

Fig.1. EPR spectra of ZnSe:Mn2+ at 300K, ν0=9.3GHz.

91

NUMERICAL ANALYSIS OF THE NON-COOLED THERMOELECTRIC INFRA-RED SENSORS

Kerner Ia.I.

Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies, Academy of Sciences of Moldova,

Academiei str. 3/3, MD - 2028, Kishinev, Moldova E-mail iacov@lises.asm.md

Infra-red radiation is widely used in medicine, industry, scientific researches and other fields. These

circumstances called force the wide development of infra-red techniques, including receivers of infra-red radiation (infra-red sensors).

The main parameters of these sensors are: sensitivity, which is equal to output signal (in Volts) if the falling radiation power is equal to 1 W; noise equivalent power (NEP), when ratio signal : noise is equal to one; time constant, which is equal to time necessary for sensor temperature to achieve value T0 + (T1 – T0)(1 – e-1). Here T0 is the environment temperature, T1 is receiver temperature under influence of the constant radiation stream, and e is base of natural logarithms.

All infra-red sensors may be divided into two big classes: thermal (or heat) receivers that use thermal effect of radiation and photoelectric sensors that use the quantum photoelectric effects.

Thermal sensors have less sensitivity and more time constant than photoelectric ones, but thermal sensors do not require the deep cooling, their constructions are simple, they have little weight and dimensions and their parameters practically do not depend on the falling radiation wave length. Therefore they are non-selective, what is very convenient for direct measure of the radiation power, especially in middle and far infra-red region.

If it is actually the heat sensor may be “tuned” in demanded range by means of optical filters. Also there are known pyroelectric receivers of radiation. They have good characterizations, but their use is

restricted, because parameters of these receivers get worse drastic if load resistance is less 109 Ohm or signal frequency is less 0.1 Hz.

We had studied the only non-cooled receivers working at temperature about 300 K. Of course receivers working at liquid nitrogen and especially liquid helium temperature have better parameters. But in this situation construction gets complicated, weight and dimensions increase, reliability falls (because it is necessary to use mechanical cooling equipment and thermo cycling). Often these restrictions are unacceptable. All our results in this article have to do with non-cooled sensors working at temperature 300 K.

Calculation and optimization of parameters for thermoelectric sensors of infra-red radiation based on Bi2Te3, InSb, antimony and Bi-Sb alloys were realized.

Sensitivity, time constant and minimal detected power (NEP) of those sensors were determined at different conditions.

It was fulfilled the comparative analysis of sensors based on wires or films. Both advantages and disadvantages of corresponding constructions were discussed.

The obtained results were compared with experimental data received in Academy of Sciences of Moldova and literature data. This comparison confirms a good quality and perspective of studied constructions.

92

The modeling of the surface configuration of the film metal conglomerations during the laser-induced precipitation from gas phase.

A.V. Nedolya, I.N. Titov, I.G. Velichko

Zaporozhye National University, Applied Physic Department, 69600, 66 Zhukovsky Str., Zaporozhye, Ukraine

The stability of the precipitation process is the basic problem during the research of the laser-induced precipitation of the substance. One can observe different instabilities at some values of the parameters of the radiation (power, beam radius) which cause the formation of the metal sediment with very irregular geometry of the surface [1].

The mathematical model, which includes the nonlinear stationary equation of thermal conduction and boundary conditions on the substrate of the precipitation and the surface of the precipitated substance is proposed for the solution of the problem. The thermal physical parameters of the metal precipitation and gas environment are considered to be dependent on the temperature.

The distributions of the temperature field in the precipitated substance were obtained. One has determined the form of the surface of the film metal aggregations at different stages of the precipitation. One can calculate the rate of the precipitation at instant when the sediment reaches the surface.

1. Karlov N.V., Kirichenko N.A., Luk’yanchuk B.S. Russian Chemikal Reviews, 62, 223 (1993)

93

Electrical properties of metal-filled nanocomposites V. V. Novikov, K.А. Nezhevenko

Odessa National Polytechnic University, 1 Shevchenko Prospekt, 65044 Odessa, Ukraine;

Recently metal-filled polymer nanocomposites are widely used as conducting materials [1]. As a result there a problem of forecasting of the effective properties of such composites exists. The nanocomposites are the materials which contain the structural elements whose geometrical sizes does not exceed 100 nanometers even in one measurement. Consequently such materials possesses the qualitatively new specialties.

Nowadays, there is no model adequate to describe real nanocomposites, and there are no methods for the calculation of the effective electrical conductivity of nanocomposite polymers filled with metal powders that take into account the clusterization (aggregation) of the filler particles and the contact electrical conductivity between the metal filler particles. To coordinate the experimental data with the calculations of the effective conductivity of the nanocomposite, fit parameters have usually been used. The effective electrical conductivity of the metal-filled polymers depends on the conductivity of filler particles chains. With increasing filler concentration, the number of such chains increases. At the limit filling the effective electrical conductivity of the composite is practically equal to the contact electrical conductivity between the filler particles. This allows estimating the conductivity of an aggregate (cluster) of filler particles, i.e. the contact electrical conductivity between the filler particles.

In order to define the contact conductivity between the filler particles let us consider the electron passage in the contact zone between particles and the existing in this region image forces. The average contact conductivity in the aggregate (cluster) consisting of the filler particles was defined as:

2

0/2 f Me Rkσ σ π εε ϕ=

where Mϕ - the work function of the electron from metal; e – the charge of the electron; ε -the relative permittivity

of the contact, ε0 – the dielectric constant, R – the radius of the filler particle, fσ - the electrical conductivity of the

filler. The fractal model was used in order to describe chaotic structure of the composite [2]. The filled polymeric

composite is presented as a chaotic mix of two sorts of polyhedrons: the polyhedrons with the conductivity

kσ (white polyhedrons) and the polyhedrons with the conductivity of the polymer pσ (black polyhedrons). The

structure of a random blend of polyhedra of two sorts with a net (lattice) replaced with random distribution of two sorts of resistors (bonds). To do this, we will conditionally connect the polyhedron centers, thus obtaining a net consisting of two sorts of resistors, 1 and 2: sort 1 has properties of a black polyhedron, sort 2 those of a white one. There are two kinds of configurations: (1) a connecting set (CS) of black bonds which connect the opposite sides of the lattice and (2) a non-connecting set (NCS) in which black bonds do not connect the opposite sides of the lattice.

Definition of the effective conductivity of a composite with chaotic structure was carried out using iterative averaging method [2]. It means the dealing with the iteration growth of a fractal set of the bonds of a lattice when each bond of the lattice within the present iteration step is replaced with the lattice obtained at the previous step. At each iteration step, the calculations of the conductivity of the structures of CS and a NCS from the conductive bonds were carried out. The iteration procedure finally leads to the determination of the effective conductivity.

The comparison between the calculation of the effective conductivity and experimental data [3] for the electrical conductivity of the filled polymeric composite demonstrates their good agreement.

The proposed fractal model of the chaotic structure and the calculation method allow to determine the effective conductivity of nanocomposites, with no using fitting parameters.

1. Metal-polymer nanocomposites / Eds. L.Nicolais, G.Carotenuto — John Wiley & Sons, New Jersey, 2005. 2. Novikov V. V. “Physical properties of fractal structures”, p.203 іn the book “Fractals, diffusion and

relaxation in disordered complex systems” / Edited by Stuart A. Rice - John Wiley & Sons, New York-Chichester- Brisbane-Toronto-Singapore, 2006.

3. Ye.P. Mamunya, V.V. Davydenko, P. Pissis, E.V. Lebedev, Eur. Polymer J., 2002, 38, 1887–1897.

94

The influence of electron-deformation interaction on formation n-n+ junctions in

three-layers heterosystems with self-assembled point defects

R.M.Peleshchak, O.V.Kuzyk

Drohobych Ivan Franko State Pedagogical University

I.Franko str. 24, Drohobych, Lviv Region, Ukraine 82100, e-mail: peleshchak@rambler.ru

Irradiation of semiconductor structures by speeded particles (neutrons, α-particles, debrises of division of kerns), γ-quantums, and also the laser irradiation creates point defects-interstitial atoms and vacancies. Besides, such defects can arise during growth of semiconductor compounds, which is accompanied by entrapment with a lot of one of components of compounds. The interaction between point defects of a heterostructure and the self-consistent field of strain caused as by as both presence of dot defects, and discordance of lattices of contacting materials leads to the formation of ordered defect-deformation structures [1]. The inhomogeneous distortion in heterostructure with point defects, owing to the self-consistent electron-deformation coupling, brings about the spatial redistribution of conduction electrons )(xn∆ and the emergence of the electrostatic potential ( )xϕ in the vicinity of defect-deformation structures [2]. To find )(xn∆ and ( )xϕ , the following self-consistent system of equations is to be solved:

7) the equation, which defines concentration of defects; 8) the nonlinear differential equation for strain (requirement of mechanical equilibrium); 9) the equation which determines the concentration of electrons; 10) the Poisson equation; 11) the stationary Schrödinger equation; 12) the equation for the chemical potential. Provided that the defect concentration, which does not exceed some critical value

2

220

1dd

dckTc

llN

θρ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= , ( dθ - deformation potential, 0l , dl - the characteristic radiuses of interaction of atoms

with one another and between defects crystal and atoms), the inhomogeneous deformation, which exists owing to discordance of lattices of contacting materials, has the basic role in redistribution of conduction electrons. There are formed double n-n+- junctions.

In the range of the point defects concentration in the heterostructure 201 dcddc NNN << the point defects

nonlinearly is interact ( 2

2

1d

dckTcN

θρ

= ∼ 1020 cm-3). In this case in such semiconductor system some electrical

stratums exist, for which are surplus or the shortage of mobile electrons in comparison with medial value. If the concentration of defects grows further, dcd NN >0 , the electron density becomes redistributed

periodically in space, and the periodic electrostatic potential emerges. In this case, there appear n-n+-junction in the heterostructure, which are connected in series.

The spatial period of the n-n+-junction structure and the dimension of every electric layer are governed by the concentration of defects, the deformation potential constant, the electron concentration, the elastic constants and the breadth of an interior layers of a heterostructure.

3. V.I.Emel’yanov, I.M.Panin // Laser Physics. – 1996. – 6, 5. – P.971-978. 4. I.V.Stasyuk, R.M.Peleshchak // Ukr. Physics j. – 1994. – 39, 7. – P.856-863.

95

INVESTIGAŢII EXPERIMENTALE ASUPRA STRUCTURII ŞI MORFOLOGIEI SUPRAFEŢEI STRATURILOR SUBŢIRI DE ZnSe

Mihail POPA1, G.I. Rusu2

1Universitatea de Stat “Alecu Russo” din Bălţi (str. Puşkin 38, 3100, Bălţi, R. Moldova) 2Universitatea “Alexandru Ioan Cuza” din Iaşi (Bulevardul Carol I, nr. 11, 700506, Iaşi, Romania)

Utilizînd metoda evaporării termice în vid, straturile subţiri de ZnSe au fost depuse pe suporturi de sticlă,

cu următoarele caracteristici: grosimea straturilor d = 0.12 – 1.23m, temperatura suportului Ts = 300 – 500K, rata de depunere rd = 1.50 -1.95nm/s. Structura straturilor subţiri a fost cercetata prin difracţie de radiaţii X (XRD) si difracţie de electroni (ERD). Difractogramele si electronogramele obţinute au indicat ca straturile studiate sunt policristaline si prezintă o structură de tip blendă de zinc, cu o puternica orientare a cristalitelor dupa planele (111) paralele cu suprafaţa suportului. Morfologia suprafeţei straturilor subtiri de ZnSe a fost investigată prin microscopie de forţă atomică (AFM). S-a constatat că probele prezintă cristalite cu forme si dimensiuni asemănătoare şi că rugozitatea probelor este mică, variind între 20 şi 60nm. Microfotografiile de microscopie electronica prin transmisie (TEM) indică o structură policristalină a straturilor subţiri de ZnSe. Dimensiunea medie a cristaliţilor a fost estimată între 220 şi 350A. Dimensiunea cristaliţilor, precum şi rugozitatea straturilor se mareste odata cu cresterea grosimii straturilor. Interfaţa dintre straturile de ZnSe şi suportul de sticla este rugoasă. O textură specifică s-a observat la suprafaţa exterioară a straturilor de ZnSe.

96

Influence of the plasmonic effect on the power characteristics of nonlinear photonic crystals

Tikhanovich V. U., Manak I. S., Ushakov D.V.

The Belarusian State University, 4 Nezavisimosty Ave., Minsk 220030, Republic of Belarus One of the promising features of the light propagation in a nonlinear medium is bistability when two stable

states of the field take place at the same intensity of external field [1]. According to [1] the induced refractive index change is proportional to the intensity of the optical field and can be written as 2

2n n E∆ = , where the nonlinear refractive index coefficient 2n of the medium is defined by ( )3

2 χ 2n n= . For compounds of AlxGa1-xAs we assume a Kerr nonlinearity with ( )3 11χ 9.74 10−= × m2V-2 [1]. It is possible to reach the extremely strong nonlinear properties in optical frequency domain because of the so called plasmonic resonance. Dielectric function ε(ω) of the doped semiconductor can be described by means of Drude-like formula as [3]

( ) ( )

2ωε ω ε 1

ω ω + p

i τ∞

⎛ ⎞= −⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠,

where ( )2 2ω 4 εp Ne mπ ∗∞= , ε∞ = 10.89 for the doped gallium arsenide [4]. N – free carrier concentration, m* –

effective mass of the electron (hole) (for the n- or p-GaAs) and τ – relaxation time. Refractive index can be found as εn = .

In this paper we analyse the influence of plasmonic effects on power characteristics of photonic crystals based on GaAs/Al0.8Ga0.2As compounds using a simple transfer matrix method [1] assuming N = 3·1022 m-3 and m*= 0.063m (m – mass of the free electron) [4]. We deal with a one-dimensional finite quarter-wavelength stack (HL)10(H)2(LH)10 which is composed of alternating layers which have a high refractive index nH = 3.59 (GaAs denoted as H layer) and a low refractive index nL = 3.26 (Al0.8Ga0.2As denoted as L layer). We assume that the front and back media have refractive index n0 = 1. The thicknesses for the two kinds of layers are such that dL = λ0/4nL = 68.63 nm and dH = λ0/4nH = 61.36 nm, where λ0 = 810 nm is the free-space design wavelength. Since the bistable behavior can not be obtained when the input field has frequency that is very close to the resonance frequency [1], so we carry out calculations for the frequency ω = 0.995·(2πc/ λ0). It is also assumed that all layers show a positive Kerr nonlinearity.

(a) (b)

Figure 1. Input-output power characteristics of (HL)10(H)2(LH)10 photonic crystal with taking plasmonic effect into consideration in all active layers(a) and taking it into consideration only in defect layer (b) In Figure 1 we show the input-output characteristics of structure (HL)10(H)2(LH)10 with taking plasmonic

effect into consideration in all active layers (a) and taking it into consideration only in active defect layer (b). It is found that the structure shows an S-shape response. We demonstrate the optical bistability of the photonic crystal structure with layers possessing nonlinearities. Also it is found that when we take into account plasmonic effect it influences on the input-output characteristics of photonic structure and alters thresholds of bistability. Although thresholds are very close in both cases, but they differ.

References 1. Tikhanovich V. U., Manak I. S., Ushakov D.V. Optical bistability in one-dimensional photonic crystals on

GaAs/AlAs layers // Herald of the BSU. Vol. 1., 2. 2007. P. 17-22. 2. Van Vught F.A. Optical waves in inhomogeneous Kerr media beyond paraxial approximation. // Twente

University Press, 2003. P. 15-42. 3. Hesketh P. J., Zemel J. N., Gebhart B. Polarized spectral emittance from periodic micromachined

surfaces. I. Doped silicon: The normal direction // Phys. Rev. B 37. 1988. P. 10795 – 10802. 4. Goldberg Yu. A. Handbook Series on Semiconductor Parameters Vol.2 // World Scientific, London,

1999. P. 1-36.

97

Calculation of the emission spectra of the quantum cascade superlattice structures

Ushakov D.V., Manak I. S.

Belarusian State University, Minsk, Nezavisimosty Ave. 4, 220030, Republic of Belarus, ushakovDV@bsu.by

At present, intensive researches to develop the semiconductor lasers of infrared range are carried out. They have a broad variety of uses, including trace gas analysis for pollution monitoring, environmental sensing, medical diagnostics, and military applications. One approach is based on development of the superlattice quantum cascade (QC) structures with optical transitions between conduction minibands due to miniband transport in the active and in the injector regions [1–4].

In the work complex analysis of spontaneous emission and gain spectra of the superlattice quantum cascade structure, including calculations of energy spectra, matrix elements of optical transitions and degree of level populations [5] is carried out. The computed conduction band energy diagram Ec(z), energy levels and wave functions for the AlInAs-GaInAs superlattice QC structure under electric field Ε are shown in Fig. 1. Calculations of the energy levels and wave functions for such structures are very complicated and need the numerical solution of the Schrödinger equation. The values of quantization level energies depend on the superlattice design parameters, such as thicknesses of the wells and barriers, and electric field.

The gain spectra in superlattice QC structures strongly depend on the overlap integrals of envelope wave functions of electrons. The profile and width of gain spectra are defined by the broadening emission line shape contour. In the paper in view of the complete energy levels set and in various models of a spectral broadening lines expression for a gain coefficient is received. The universal ratio between gain and spontaneous emission spectra for unipolar laser structures is proposed. The results of numerical calculations of the emission spectra with different emission line shapes are shown in Fig. 2. As you can see from Fig.2. spontaneous emission spectra calculated in Gaussian, exponentials and mixed line shapes have a good agreement with experimental electroluminescence spectra [4].

Fig.1. Conduction band energy diagram Ec(z) and module squared of the wave function for the two stage of the Al0.48In0.52As–Ga0.47In0.53As superlattice QC structure. Ε = 3.5 106 V/m. The layers sequence in nanometers, starting from left to right is / 3.9 / 2.2 / 0.8 / 6.0 / 0.9 / 5.9 / 1.0 / 5.2 / 1.3 / 4.3 / 1.4 / 3.8 / 1.5 / 3.6 / 1.6 / 3.4 / 1.9 / 3.3 / 2.3 / 3.2 / 2.5 / 3.2 / 2.9 / 3.1.

Fig.2. Electroluminescense spectra [30] (bold line) in comparison with calculated spontaneous emission spectra in Gaussian ( ), Lorentzian (∇ ∇ ∇), mixed (∆ ∆ ∆) and exponentials (+ + +, o o o) emission line shape contours.

References 1. Faist J., Capasso F., Sivco D. L., Sirtori C., Hutchinson A.L., Cho A.Y. // Science. – 1994. – Vol. 264. – P. 553–556. 2. Scamarcio G. , Capasso F., Faist J., Sirtori C., Sivco D.L., Hutchinson A.L., Cho A.Y. // Appl. Phys. Lett. – 1997. – Vol. 70. – P. 1796–1798. 3. Faist J., Tredicucci A. , Capasso F., Sirtori C., Sivco D.L., Baillargeon J.N., Hutchinson A.L., and Cho A.Y. // IEEE J. Quantum Electron. – 1998. – Vol.34. – P. 336–343. 4. Maulini R., Beck M., Faist J., Gini E. // Appl. Phys. Lett. –2004. –V. 84.– P. 1659–1661. 5. Ushakov D.V., Manak I.S. // Journal of Applied Spectroscopy. – 2007 (to be published).

98

Generator de radiaţie infraroşie pentru utilizare în agricultură Filip Boris

Institutul de Fizică Aplicată, AŞ RM, str. Academiei,5

Radiaţia infraroşie (RI) din surse artificiale este pe larg utilizată în diferite domenii ale activităţii umane – pentru încălzirea spaţiilor extinse de producere, săli de sport, de agrement şi expoziţionale, crescătorii de animale, sere, la fel şi la uscarea diferitor produse. Menţionăm, că uscarea fructelor şi legumelor cu raze infraroşii este cea mai răspândită metodă din lume[1]. Cele mai utilizate tipuri de radiatoare de raze infraroşii sunt cele care folosesc pentru încălzire curentul electric, combustibilul gazos sau lichid prin arderea lor directă în interiorul radiatoarelor. Temperatura la suprafaţă a radiatoarelor în dependenţă de scopul utilizării lor este de 120-6000C. Mecanismul acţiunii razelor infraroşii cu lungimea de undă de 2,0-25µkm se bazează pe absorbţia lor intensă de către diferite substanţe, în special de către moleculele de apă şi biomolecule. Corpurile încălzite până la temperaturi de 250-6000C emană unde electromagnetice cu lungimi de undă în spectrul infraroşu, care practic coincid cu spectrele de absorbţie ale compuşilor menţionaţi, provocând încălzirea lor intensă [2]. În Europa, inclusiv Franţa, România, Rusia, Moldova cele mai răspândite radiatoare cu raze infraroşii pentru încălzirea halelor industriale, gărilor de tren, sălilor sportive, spaţiilor expoziţionale, serelor, etc. sunt cele produse de compania italiană ”SYSTEMA”[3]. Ele au avantaje incontestabile comparativ cu sistemele de încălzire cu apă tradiţionale. Au o construcţie simplă, sunt durabile şi sigure în exploatare, dar cel mai important lucru – permit o economisire de combustibil până la 70%, fiindcă razele infraroşii încălzesc eficient numai suprafeţele, nu şi spaţiul. Ca combustibil se foloseşte motorina, dar cel mai frecvent - gazul natural şi rareori biogazul. Construcţia radiatorului constă din camera de ardere a combustibilului în care se pompează forţat aerul, tub sau tuburi metalice, unde gazele fierbinţi degajă căldura şi la capătul opus este montat dispozitivul de evacuare a gazelor. Deasupra tuburilor este fixat un reflector metalic, care direcţionează radiaţia spre suprafaţa încălzită. Mai multe radiatoare sunt unite într-un sistem cu dirijare electronică. Temperatura pe suprafaţa tuburilor este de 120-3000C, la suprafaţa incălzită – 20-250C. Practic radiatorul-tip de mică capacitate este in dispozitiv autonom de producere a energiei termice de spectru infraroşu, costul fiecărui fiind 1500-2500Euro (pentru circa 60-80m2, lungimea pâna la 12m), 1KWt energie termică acoperă circa 5-7m2. Propun o rezolvare mai puţin costisitoare a acestei probleme, reieşind din condiţiile socio-economice reale din Republica Moldova, mai precis propun un generator de radiaţie infraroşie, care include un cazan cu camera de ardere adaptată la combustibil solid pentru încălzirea agentului termic cu temperatura de fierbere mai sus de 3500C, tuburi de metal, reflector de raze infraroşii, o pompă pentru pomparea agentului termic prin cazan şi sistemul de tuburi, un vas pentru dilatarea agentului termic şi un dispozitiv pentru încălzirea aerului la intrarea în camera de ardere a cazanului. Ca combustibil va fi utilizată preponderent biomasa disponibilă uscată. Costul estimativ al unui generator de construcţie propusă pentru încălzirea unei sere cu suprafaţa de 500m2 nu va depăşi 3000Euro, iar costul 1KWt de energie termică pe bază de biomasă (achiziţionată!) va fi de 3-5 ori mai mic decât de la arderea combustibilului fosil [4]. Agenţi termici cu temperaturi de fierbere mai sus de 3800C şi cea de solidificare de până la -500C, stabilitate chimică pe parcursul a cel puţin 10ani de utilizare, pot fi achiziţionaţi pe piaţă la un preţ de numai 2dolari/kg [5]. Pentru umplerea sistemului sunt necesare mai puţin de 300kg de agent termic. Pentru încălzire vor fi necesare până la 150kg de biomasă uscată în 24 ore. Generatorul propus poate fi asamblat chiar şi într-un atelier mecanic de la ţară. Generatoare analogice ca cel propus cu mici modificări în dependenţă de destinaţie pot fi utilizate în mai multe domenii – uscarea fructelor şi legumelor, creşterea animalelor, încălzirea spaţiilor de producere, etc. Referinţe

1. Инфракрасные конвейерные сушилки непрерывного действия «УРАГАН» и «ТОРНАДО», Корпорации «Русская еда», 2006 2. Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. 3. Systema - tecnologie di riscaldamento e climatizzazione, 2007, http://www.systema.it/ 4. Филипп Б.С., Зенченко В.П. Биомасса – главный возобновляемый источник энергии для АПК, Кишинев, Жн. «Мысль», 4, 2006, стр. 28-32 5. http://chem.eurohim.ru/main/div/tepl/promyv?s=1&g=

99

Procedee tehnologice noi şi echipament de procesare a materiei prime aromatice cu consum redus de energie termică

Filip Boris

Institutul de Fizică Aplicată, Academia de Ştiinţe, Republica Moldova, str. Academiei, 5

Actualmente cea mai răspândită metodă de obţinere a uleiurilor volatile este distilarea cu vapori de apă. Instalaţia-tip de procesare include un generator de aburi, container, condensator şi vasul florentin. În timpul procesării temperatura în cazan nu depăşeşte 100oC, iar presiunea este echilibrată cu cea atmosferică. Componentele uleiurilor volatile din materia primă aromatică se volatilizează şi împreună cu vaporii de apă se condensează în refrigerent, iar în vasul florentin lichidele având diferite densităţi se despart. Procesul durează 90-300min în dependenţă de materia primă aromatică [2]. E de menţionat, că cheltuielile de combustibil pentru producerea aburilor în condiţiile actuale constituie 20-30% din preţul de piaţă al uleiurilor volatile. Pentru a depăşi aceste neajunsuri am elaborat şi implementat în condiţii de producere câteva elemente tehnologice noi în scopul reducerii pierderilor de energie termică. Am asamblat containere de o formă specială în secţiune cu o izolare termică eficientă. Procesarea se face numai la umiditate scăzută a materiei prime. În generatorul de aburi se pompează apă fierbinte, ce reduce cu încă 5-7%.consumul de combustibil. În perspectivă ca combustibil pentru producerea aburilor vor fi utilizate deşeurile uscate de la procesarea plantelor aromatice [1]. Procedeul cel mai important din cadrul noii tehnologii de procesare a materiei prime aromatice, care se află la etapa testărilor se bazează pe proprietăţile componentelor uleiurilor volatile, şi anume - temperaturi înalte de fierbere (160-270oC) şi masa moleculară mare în comparaţie cu a vaporilor de apă (de 5-18 ori), la fel şi proprietatea vaporilor supraîncălziţi de a “suge” componentele volatile, inclusiv apa, din masa vegetală [2,3]. Aburii supraîncălziţi sunt pompaţi în container în direcţie inversă - de sus în jos., ce permite înlăturarea rapidă a aerului din container. Tehnologia şi echipamentul propus presupune procesarea materiei prime aromatice numai cu umiditate scăzută şi cu aburi supraîncălziţi de presiune joasă, care au următoarele avantaje în comparaţie cu tehnologia tradiţională: 1. Reduce consumul de carburanţi pentru transportarea şi procesarea materiei prime, permite producerea uleiurilor volatile de o calitate mai bună; 2. Pentru producerea aburilor şi supraîncălzirea lor vor fi utilizate deşeurile uscate de la procesare, ce poate reduce costurile de producere ale uleiurilor volatile în dependenţă de specia de plante aromatice cu 20-40% comparativ cu utilizarea motorinei, păcurei sau gazului natural, exluzindu-se totodată poluarea atmosferei cu dioxid de corbon fosil; 3. Containerul izolat termic permite reducerea pierderilor de căldură cu 30-40%; 4. Utilizarea aburilor supraîncălziţi accelerează de cel puţin două ori procesul de distilare a uleiurilor volatile, permite procesarea mai profundă a materiei prime şi totodată reduce cu 20-30% cheltuielile de agent termic la unitatea de produs finit, la fel permite obţinerea unor produse aromatice greu volatile valoroase, care de obicei sunt obţinute prin metoda extracţiei cu solvenţi; 5. Utilizarea distilatului încălzit prin partea superioară a condensatorului până la temperatura de 98...1100C pentru producerea aburilor permite reducerea consumului de combustibil cu încă 10-12%, reducându-se la minimum tratarea chimică a apei şi înlăturarea periodică a depunerilor calcaroase de pe suprafaţa interioară a generatorului de aburi; 6. Tehnologia, echipamentul şi produsul finit pot fi atestate ca ecologic pure - preţurile de realizare la produsele certificate sunt cu 50-150% mai mari decât ale celor fără certificare, totodată şi cererea pe piaţă la aceste produse este mult mai mare. Referinţe 1. Филипп Б.С. Эфирно-масличная отрасль: состояние и перспективы её развития. Сб.статей «Наука и общество», Изд-во «Парагон», Кишинев, 2007, стр.164-168 2. Чипига А.П., Зюков Д.Г., Найденова В.П. и др. Справочник технолога эфирно-масличного производства. М. «Легкая и пищевая промышленность», 1981, 184 стр. 3. Ostrikov A.N., Kravchenko V.M., Kalashnikov G.V.Heat and mass transfer in drain drying by superheated steam: IV Minsk International Forum on Heat and Mass Transfer. May 22-26, 2000, Section 9, P.22.

100

In2O3-based solid state ozone sensors: What determines their parameters?

G. Korotcenkov, I. Blinov, V. Brinzari, M. Ivanov

Technical University of Moldova, Bld. Stefan cel Mare, 168, Chisinau, Moldova

Resistive (conductometric) metal oxide ozone sensors are real specimens of the gas sensor

component market. While many different approaches to ozone detection are available, metal oxide

sensors remain a widely used choice for application in this area. These devices offer low cost, high

sensitivity, fast response and relative simplicity, advantages that should work in their favor as new

applications emerge. Numerous metal oxides have been reported to be usable as material for ozone sensors

design. However, we believe that In2O3 is one of the most promising metal oxides for these applications.

Parameters such as high sensitivity, fast response and recovery processes during ozone detection, low sensitivity to

air humidity, possibility of wet etching, good compatibility with standard IC fabrication, and low film resistance

give to In2O3 noticeable advantage as compared to other metal oxides (SnO2, WO3, etc.)

Taking into account the importance of In2O3 for real applications, this report will be focused on the

analysis of parameters, which determine main operating characteristics of In2O3-based sensors. For example, we

will analyze such regularities as the correlation between technological modes of In2O3 film deposition by spray

pyrolysis and sensor response to ozone, the influence of morphology and crystallographic structure on gas-sensing

properties of In2O3, and the effects of parameters such as film thickness, grain size, agglomeration, porosity,

faceting, grain network, surface geometry, and film texture on the main analytical characteristics (absolute

magnitude and selectivity of sensor response (S), response (τres) and recovery (τrec) times, and stability) of the ozone

sensor, fabricated on the base of In2O3 films.

Studied films were deposited by spray pyrolysis from InCl3-water solution. We selected this method

because this method is simple, cheap, can use inexpensive precursors, and allows changing very fast the parameters

of deposition and so on. For structural characterization of deposited films we used methods such as X-ray

Diffraction, Scanning Electron Microscopy, Atomic Force Microscopy, Transmission Electron Microscopy, Micro-

Raman scattering, X-ray Photoelectron Spectroscopy, and cathodoluminescence. Gas sensing characteristics were

measured in steady-state and transient modes using dry air with 1-2% RH and wet air with 30-55% RH. Electrical

measurements were performed in dc mode. The operating temperature of sensors was adjusted between 25 and 450 oC. An ozone generator, designed on the basis of an UV lamp, was used as ozone source. The ozone concentration

in air was about 1ppm. The sensor response was calculated as the resistance ratio Rozone/Rair, where Rozone and Rair

denote the sensor’s resistance in the presence and in the absence of ozone in the surrounding atmosphere,

respectively. Response and recovery times were determined according to the 0.9 level of the steady state value of

the film resistance

It will be shown that grain size, porosity, and film stoichiometry are the main factors controlling gas-

sensing characteristics of In2O3-based ozone sensors. Porous films with minimal grain sizes and maximal deviation

from stoichiometry have both maximal gas response to ozone, and minimal response time. For films with optimal

structure, the sensor response to ozone (Rozone/Rair) reaches a value of ~ 103-105.

101

Caracteristicile de încleiere a flotelor din amidon la acţiunea cavitaţiei ultrasonore

P.Dumitraş*, M.Bologa*, D.Liuţe** * Institutul de Fizică Aplicată AŞM;

** Universitatea Tehnică „Gh.Asachi”, Iaşi, str. Academiei 5, MD-2028, Bd. D. Mangeron,63, 700050 Caracteristicile de încleiere a flotelor din amidon dispersat şi scindat sub acţiunea cavitaţiei ultrasonore au

fost studiate prin intermediul indicilor de calitate a încleierii: forţa de deslipire axială a firelor încleiate, tenacitatea de deslipire axială raportată la fire şi la peliculă, tenacitatea peliculei, etc. Probele de laborator cu concentraţii de: 3; 5; 7 şi 9 % s-au preparat din amidon dispersat şi scindat sub acţiunea cavitaţiei ultrasonore (frecvenţa 18,5 KHz, amplitudinea 10 µm).Pentru determinarea indicilor de încleiere s-au aplicat metodele şi dispozitivele clasice.

Prin prelucrarea matematică a rezultatelor s-au obţinut ecuaţiile indicilor de încleiere (tabelul).

Tipul firelor Ecuaţiile indicatorilor în funcţie de concentraţia K a amidonului Flî = - 0,1506 + 7,223 0,624 σîp = - 0,0024 + 0,117 0,61 Ttp = 5,107×10-5 + 2,791 K0,24

Nm 34/1(29,41 tex), 100% bumbac

σîp = - 0,027 + 2,542 K0,395 Flî = - 0,127 + 6,613 K0,619 σîp = - 0,0027 + 0,156 K0,591 Ttp = 0,003 + 2,543 K0,298

Nm 50/1 (20 tex), 100% bumbac

σîp = - 0,015 + 2,469 K0,349 Flî = (- 0,26 + 1,204 K0,5)2 σîp = (- 0,027 + 0,177 K0,5)2 Ttp = - 0,0061 + 1,339 K0,443

Nm 50/1 (20 tex), 67% poliester + 33%

bumbac σîp = - 0,03 + 0,596 K0,774

Analizând rezultatele referitoare la forţa liniar-axială de încleiere a firelor Flî (forţa liniar-axială de deslipire a lor) cu flote din amidon dispersat şi scindat sub acţiunea cavitaţiei se constată că aceasta are o serie de variaţii în funcţie de concentraţia flotei, natura firelor, etc. Forţa liniar-axială a încleierii firelor din flote de amidon tratat creşte odată cu creşterea concentraţiei în amidon. De exemplu, pentru firul Nm = 34/1 forţa liniar-axială a încleierii creşte de la 12,4 la 27,32 cN/cm corespunzător creşterii concentraţiei de la 3 la 9 %. Creşterile se menţin şi la celelalte tipuri de fire.

Forţa liniar-axială a încleierii este mai mare la firele cu fineţe mai redusă (diametrul mai mare), deoarece pot apare suprafeţe încleiate mai mari. De exemplu, la firul cu Nm=34/1 forţele de încleiere sunt mai mari decât la firul Nm=50/1 la toate concentraţiile experimentate. Forţa liniar-axială a încleierii firelor din flote de amidon dispersat şi scindat sub acţiunea cavitaţiei ultrasonore păstrează adezivitatea diferenţială în funcţie de natura firului. Astfel, pentru aceleaşi concentraţii forţele de încleiere a firului Nm=50/1 100% bbc, sunt mai mari, ca urmare a prezenţei poliesterului în structura firului.

Prin raportarea forţei liniar-axiale la densitatea de lungime a firelor lipite prin încleiere se determină tenacitatea axială a încleierii. Din analiza rezultatelor se constată că tenacitatea pentru fire are variaţii în raport cu concentraţia flotelor, tipul firelor, etc., creşterea fiind diferenţiată în funcţie de fineţea firelor şi natura fibrelor folosite.

Încărcarea firului prin încleiere, determinată prin densitatea de lungime a peliculei, creşte odată cu creşterea concentraţiei la toate variantele experimentate şi depinde de fineţea firelor şi natura fibrelor componente. La aceleaşi concetraţii, tenacitatea liniară a peliculei poate fi mai mică din cauza absorbţiei mai reduse a flotei de către fibrele de poliester.

Prin raportarea forţei liniar-axiale de încleiere a firelor (a forţei de deslipire-axială) la densitatea liniară a peliculei s-a obţinut tenacitatea liniară a încleierii ei. În baza analizei rezultatelor experimentărilor, a ecuaţiilor de variaţie din tabel se constată că tenacitatea liniară a încleierii raportată la peliculă are variaţia în raport cu concentraţia flotei şi natura firelor încleiete. Tenacitatea de încleiere a peliculei pe fire creşte odata cu creşterea concentraţiei flotei de încleiere la toate variantele experimentate.

Tenacitatea liniară de încleiere este dependentă şi de natura fibrelor din structura firului. S-a stabilit eficienţa de utilizare a peliculei mult mai mare la firul din bumbac 100% faţă de firul din poliester şi bumbac. Acest lucru scoate în evidienţă atât necesitatea utilizării unor concentraţii mai mari ale flotelor pentru fire cu conţinut de poliester, cât şi pericolul căderii peliculei de pe fir ca urmare a unei tenacităţi mici de încleiere.

102

Dezintegrarea nanometrică a bentonitei prin metoda cavitaţională P.Dumitraş, M.Bologa, T.Cuciuc

Institutul de Fizică Aplicată, AŞM, or. Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, pdumitras@yahoo.com

Problema elaborării şi asimilării tehnologiilor avansate, în primul rând a celor orientate spre majorarea

duratei şi calităţii vieţii, motivează cercetările intensive ale metodelor de prelucrare a materiei prime agricole, biologice şi medicinale, a produselor alimentare şi a diferitor materiale tehnologice, în particular a celor nanodisperse. Conform ritmului de dezvoltare a nanotehnologiilor în viitorul apropiat se poate aştepta obţinerea unor surse noi de produse alimentare, salturi calitative în medicină şi biologie, unde rolul principal va reveni proceselor de dispersare şi omogenizare fină, în special cavitaţionale. Efectele cavitaţionale intensifică considerabil procesele mecanice, fizice şi chimice, ce au loc la interfaţa fazelor lichid-lichid sau/şi lichid-solid, asigură obţinerea dispersiilor stabile în timp, fine şi omogene. Fenomenle cavitaţionale se utilizează în majoritatea domeniilor industriei moderne şi se deschid ample perspective în domeniul tehnologiilor de fabricare a nanomaterialelor [1].

La baza metodei cavitaţionale de dispersare şi omogenizare stau efectele presiunii sonore, capilare şi curgerilor acustice care determină particularităţile creşterii şi dispariţiei microbulelor. În procesul cavitaţional se dezvoltă presiuni înalte (până la 50 - 100 MH/m2), temperaturi (până la 3000oK), atingându-se viteze majore de încălzire şi răcire (până la 1010K/c). Microbulele cavitaţionale se comportă ca nişte nanoreactoare şi utilizarea lor va permite fabricarea nanomaterialelor, acoperirea necesităţilor în diverse ramuri ale ştiinţei, tehnicii, industriei, în primul rând de prelucrare, alimentară, a vinificării, etc.

În scopul limpezirii, deproteinizării şi stabilizării vinurilor şi sucurilor autorii au studiat procesul cavitaţional de dispersare şi omogenizare fină a suspensiei din bentonită cu apă, au proiectat şi realizat utilajul corespunzător.

Pentru efectuarea cercetărilor s-a folosit bentonita cu mărimile particulelor dispersiei 200-300 µm. Procesul de dispersare a bentonitei în apă distilată sub acţiunea cavitaţiei ultrasonore s-a studiat în dependenţă de durata tratării, amplitudinea oscilaţiilor propagate, presiunii statice în volumul suspensiei şi temperatură (18 - 40oC). S-au determinat: mărimea particulelor dispersiei şi durata de tratare cavitaţională; dependenţa procentuală a particulelor de bentonită, care predomină (0,5 - 2 µm) în raport cu timpul tratării cavitaţionale.

Analiza rezultatelor obţinute demonstrează că dimensiunile particulelor se micşorează cu creşterea amplitudinii oscilaţiilor ultrasonore pentru toate duratele tratării.

La dispersarea bentonitei cel mai esenţial influenţează durata tratării ultrasonore. Majorarea ei conduce la micşorarea intensivă a particulelor, în plus se observă tendinţa atingerii unei dispersii fine constante, începând cu durata de tratare peste 12 min, pentru toate amplitudinile cecetate. Gradul de dispersare depinde de mărimea amplitudinii oscilaţiilor şi se manifestă cu atât mai pronunţat, cu cât este mai înaltă amplitudinea.

Analiza electronomicroscopică demonstrează că în conţinutul masei pulberii de bentonită există particule cu diferite mărimi. Dimensiunea medie iniţială a particulelor (longitudională şi transversală) constituie 300 - 200 µm. Estimarea vizuală microscopică a suspensiei confirmă efectul tratării cavitaţionale prin conţinutul de particule omogene. Studiul acţiunii duratei de tratare şi a amplitudinii oscilaţiilor asupra mărimei procentuale a intervalului dimensiunilor particulelor la nivel de 0,3 - 2,0 µm a demonstrat că suspensia omogenă aproximativ 100% se obţine la amplitudini mai mari de 15 - 20 µm şi la durata de tratare 12 min.

Rezultatele dispersării cavitaţionale ultrasonore a bentonitei au fost utilizate la limpezirea vinului în cadrul Institutului Naţional pentru Viticultură şi Vinificaţie. Bentonita se gonflează uşor, mărindu-şi volumul de 8 - 10 ori în comparaţie cu cel iniţial. Totodată gonflarea este cu atât mai eficientă, cu cât mai înalt este gradul de dispersare, care la acţiunea cavitaţiei creşte cu 2 - 3 ordine. Din aceste considerente dimensiunilor particulelor le revine rolul principal privind capacitatea de limpezire a vinurilor, consumul bentonitei la tratare şi calitatea lor finală.

Luând în considerare faptul ce ţine de îndepărtarea parţială a unor vitamine şi îmbogăţirea vinului cu metale (Ca, Fe, Na), apare necesitatea micşorării dozei de bentonită la limpezire, păstrând calitatea la îndepărtarea proteinilor, fermenţilor oxidanţi prin sporirea proprietăţii de absorbţie.

Mostrele de bentonită dispersate prin metoda cavitaţională cu parametrii optimi au fost utilizate la limpezirea vinului conform metodei clasice. În eprubete cu vin (200 ml) s-a introdus suspensia, luându-se în calcul bentonita uscată de la 0,4 la 5 g/l.

Aşadar, s-a stabilit că acţiunea mixtă a cavitaţiei ultrasonore şi presiunii statice dispersează bentonita până la mărimi nanometrice 0,3 - 0,4 µm, ceea ce la limpezirea şi deproteinizarea vinului asigură micşorarea cantităţii de bentonită de circa 6 ori.

Bibliografie 1. Dumitras P.G., Bologa M.K. Dispergirovanie i gomogenizatsia dispersnyh sistem v akusticeskom pole // Elektronnaia obrabotca materialov. 2. 2007. S. 71-74.

103

ABOUT THE FOUNDATIONS OF MODELLING METHODS OF INTERACTION PROCESSES BETWEEN FLUID MEDIA AND FORCE FIELDS

A.V.Malakhov

The Institute of Applied Physics, the Academy of Sciences, Republic of Moldova, Academicheskaya str. 5, Kishinev,

Moldova, MD-2028, malakhov99@mail.ru

The report considers and, if necessary, introduces, based on deterministic approach, the conditions used for the analysis of possible patterns of fluid media behavior in potential forces field. Since the final result of the research is to establish the causative stipulation of events (processes), therefore the most important first step of this research, especially for its completeness and certainty, is the method of the process formation model which consists in the regional choice (determination) of interacting objects and their intrinsic features. From these two samplings for the starting time moment either physical situation (static process model) is created which, in its turn, may give rise to the development of one or another physical event (i.e. a kinetic or a dynamic process model). So, we can say that if in compliance with the present-day point of view all the variety of forces may be reduced to four interaction types (predetermined sampling), out of which we will choose only two – gravitational and electromagnetic ones, then it seems practically impossible to reduce all the variety of fluid media to one or several types based on some peculiarity of these media. It means that the type of fluid medium can be predetermined only for a particular physical situation. When the physical situation changes, the type of fluid media also changes. The physical situation is formed of space geometrical parameters as well as of concepts about the discrete structure of the fluid medium. In a space provided with a coordinate system it is possible to isolate some part of it by introducing some closed surface (shell) of arbitrary shape and dimensions. This shell as an abstract object can be always attributed any properties such as “transmitting”, exchanging, deformational etc. The part of the space separated by the shell will be named an empty system. This empty system constitutes an original image for constructing a model of interacting objects. Having such system, we can start the arrangement of objects on both sides of its shell. To be more definite, let us assume that the external area of the system is filled with some matter, in a generally philosophic sense. Then it will be possible, by assigning (and/or defining) some or other shell properties, to control selectively the entry into the system of different types of matter or field. Any type of fluid medium can be developed from the matter entering the system through the shell as particles (atoms or molecules) with regard to their structure, number, velocity and interparticle interaction. Thus, the type of the fluid medium, shell and field become strictly definite. This definiteness of the original objects of interaction makes also definite the nature of the fluid medium interaction both with the shell and with the field, which, in its turn, enables the prediction of the fluid medium behavior pattern within the system. The report presents specific fluid matter behavior patterns within the gravitational and electromagnetic fields for convective, electrochemical and electrohydrodynamic systems.

104

TECHNOLOGICAL POWER CONVERTERS WITH NATURAL

LIMITATION OF SHORT-CIRCUIT OVERLOADS

Alexander Penin INSTITUTE OF ELECTRONIC ENGINEERING AND INDUSTRIAL TECHNOLOGIES

Chişinău, str. Academiei 3/3, tel. 739051, E -mail : aapenin@mail.ru

Existing practice of technological power converters (welding, induction heating ) demonstrates ever increasing requirements to the following properties of converters : mass, dimensions, efficiency, reliability, cost. The above mentioned properties may be improved with the help of: use of higher working frequencies, cut losses, decrease or elimination of dynamic overloads in the circuit elements. In attempts to reach certain parameters the above methods often contradict each other, and a compromise needs to be found in design of a special device.

Practice shows that design and manufacturing of standard converters with high parameters is a serious task, when output power reaches 1 – 10 kW, then every ten Watt of losses is important.

Reliability of standard converters substantially depends on effective high-speed protection against short-circuiting across the load. For the above reasons standard converters tend to be sophisticated and expensive.

Against this background resonance or quasi-resonant converters look more attractive, they are devoid of dynamic losses, and noise protection problem is resolved in a simpler way . With resonance converters it is easier to ensure reliability, high-speed protection against short-circuiting is not necessary because of natural limitation of short-circuit currents.

Out of well-known simple methods of voltage control, the method of control through decrease of commutation frequency seems to be most attractive because it preserves the main benefit of quasi -resonance converters – zero current point commutation.

Thorough investigation in the voltage transformation process within a classic resonance converter gave way to clarification of conversion mechanism and finding more effective voltage control method in a modified converter circuit for acceptable frequency range and for a wide load range [1]. Besides, some positive effects became evident that helped to improve the circuit design and converter reliability:

- current amplitude in the power transistors remains the same in the nominal load regime and in the short-circuit regime, when natural current limitation is in effect;

- across currents in the power transistors are absent even at the maximum commutation frequency; To confirm the statement we show the photo of the “ELCON” resonance converter for welding (output

power 12 kW , feed voltage 380 V, with IRG4PH50UD transistors as power transistors) : [http://www.elconmd.com]

Conclusion

The obtained results confirm that voltage converters based on the new method of resonance conversion will be widely used in many technological fields where standard converters are used.

105

Sesizorul electronic pentru măsurarea presiunii excedentare TP-12E. V.Smîslov, V. Iacunin, E. Scutelnic,

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, laboratorul „Aparate şi utilaj Electronic”

Smyslov@lises.asm.md

A fost elaborat sesizorul electronic pentru controlul presiunii excedentare de 10 kgf/cm2 cu ieşire standard analog a semnalului 4 – 20 mA cu linia bifilară. Precizia măsurării presiunii nu mai joasă de 0,5% a valorii maximale în tot intervalul de temperaturi ( de la minus 20 pînă la 80ºС).

Conversia presiunii în semnal electric se petrece în elementul sensibil din siliciu monocristalin , pe suprafaţa căreea sunt formate tenzorezistori. Cristalul de siliciu este un material elastic ideal şi în rezultat sesizorul are o precizie înaltă, stabilitate şi rezistenţă la influenţa diferitor factori, aşa ca suprasarcina, schimbarea temperaturii şi şocuri hidraulice.

Sesizorul este protejat complet de carcasa sudată în întregime din oţel inoxidabil. Elementul sensibil este protejat de membrana despărţitoare fabricată din oţel inoxidabil 316 (materialele corespund standardului NACE şi sunt compatibile cu gazele oxidabile). Pentru transmiterea presiunii la elementul sensibil spaţiul dintre el şi membrană se umple cu ulei de silicon. Electronica încorporată asigură funcţionarea într-un diapazon larg a tensiunii, reglarea cascadelor de amplificatoare pentru instalarea valorilor zero prescrise şi limitei de sus a măsurărilor, schimbarea polarităţii şi compensării după temperatură. Fiecare sesizor se calibrează după presiune şi temperatură.

Membrana sesizorului care are contact cu mediul de lucru poate fi uşor spălată cu un şuvoi de apă. Sesizorul cu utilizarea împluturii igienice pentru transmiterea presiunii ideal se potriveşte pentru

automatizarea proceselor tehnologice a industriei alimentare şi farmaceutice. Pentru utilizarea specială sesizorul poate fi completat cu despărţitoare a mediilor cu diferite împluturi.

Lipsa cavităţilor permite de asemenea de măsurat presiunea în lichidele vîscoase, la prezenţa incluziunilor dure, şi în suspensii.

Au fost fabricate mostre prototip a sesizorilor de presiune şi efectuate testările tehnice, care au confirmat parametrii tehnici ce corespund standardelor mondiale pentru sesizorii presiunii excedentare.

Sesizorii de presiune excedentară sunt destinaţi pentru utilizarea în sistemele automatizate de control şi de dirijare a proceselor de producere. Aceşti sesizori pot fi aplicaţi la controlul presiunii gazului uzat, a apei, la procesele chimice şi, de asemenea, în procesele tehnologice al industriei alimentare şi de vinificare.

106

LASER SYSTEM FOR THE STUDY OF THE KINETICS OF THE DYNAMICS PROCESSES AT SOLID/LIQUID INTERFACE

Radu Todoran*, Daniela Todoran*, Josiph Sharkany**

* North University of Baia Mare, Dr. Victor Babes St. No. 62/A, 4800 Baia Mare, Romania e-mail: todorangrg@yahoo.com

** Uzhgorod State University, Pidhirna St., No. 46, 294000, Uzhgorod, Ukraine

This paper presents a laser-optical fiber system which allows us to estimate continuously and “in-situ” the evolution of the adsorption layer at the interface solid-liquid. Locally, the kinetics of the evolution of the adsorption layer at the interface between a solid and a organic solution, is investigated. The monitoring system for the kinetics of the adsorption organic molecules on the solid support is based, during its run, on the variation in the relative reflectance of the interface due to the adsorption layer evolution. This system is consisted of a laser source in near IR (laser GaAs) having a continuous emission, an optical fiber system playing the role to guide the optical signal to the interface and to receive the reflected signal, which is so amplified after its conversion into electric signal by means of a photo receiver, that the characteristic voltage as a function of time can be graphically represented (figure 1).

Figure 1. The experimental device that allows to investigate each interface region, due to the flexibility of the optical fiber The optical fiber system is in a form of an Y, so that the optical fiber on an extension does communicate both the optical signal incident at the interface, and that reflected one. The electric signal is taken by a computer possessing interface voltage-time. The representation for the relative variation in voltage (∆V/V), which is actually proportional to the variation in the relative reflectance (∆R/R), is due to the evolution of the adsorption layer. Unkike the investigation systems by constant beams of neutral or electric-changed particles or those systems that allow us the radiometrical determinations, this system allows local, “in-situ”, non-secquentional determinations, without disturbing the intimate evolution of the processes. A comparison of the achieved results is performed by determinations by technics of variation in the ratio between the normal and polarized reflectances (Rs/Rp). As it followed, the results confirmed the utility of the experimental chosen system.

1

23

7

11

4

56

8

910

1-GaAs laser; 2-radiator; 3-optical fiber;

4-region of the optical fiber with double light transmission;

5,6-lenses; 7,8-optical fiber; 9-photoreceiver; 10-recording system (plotter computer); 11-protection converting of the optical fiber;

107

Particularităţile fracţionării produselor lactate secundare prin metode electrofizice

M. Bologa, E. Sprincean, A. Policarpov, A. Bologa

Institutui de Fizică Aplicată, AŞM, Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, mbologa@phys.asm.md, 73-81-84

Problema elaborării tehnologiilor fără deşeuri are o amplificare deosebită şi devine tot mai acută în ultimii ani. Una din sferele de consum de primă necesitate este cea alimentară şi, în special prelucrătoare, care provoacă uneori pagube enorme mediului înconjurător. Sfera de producere reexaminează cerinnţele ecologice şi o astfel de renaştere se petrece la utilizarea produselor lactate secundare. Elaborarea tehnologiilor fără deşeuri şi, în special, prelucrarea zerului pe un contur închis prezintă o problema majoră. Încă două decenii în urmă zerul se considera produs rezidual (de o culoare slab verzue, cu un gust şi mai puţin apetisant), care se oxidează rapid, având valori înalte a indicilor de oxidare (consumul biologic şi chimic al oxigenului pentru zer-5) şi prezentând un substrat favorabil acţiunii bacteriilor. Pentru companiile de prelucrare a laptelui zerul nu prezenta interes şi 50% din volumul global se arunca în apele reziduale, provocând mari pegube mediului ambiant. După dezbateri de-a lungul anilor zerul a obţinut statut de produs lactat secundar alături de laptele degrasat şi zară [1]. La rândul său el se împarte în zer după obţinerea caşcavalului, brânzei dulci de casă şi a cazeinei. Zerul prezintă un material destul de valoros dotorită conţinutului solid 7-8% (lactoza - 70%, proteinele - 14%, sărurile minerale 9%, grăsimile - 6%, alte componente - 1%) şi constitue aproximativ 50% din cel al laptelui iniţial. Lactoza, este un glucid unical, care se conţine numai în lapte, trece respectiv aproape complet în zer şi prezintă cea mai mare parte din componenţa substanţelor solide din el (70-80%) în dependenţă de fabricarea produselor primare. Este regretabil faptul că cea mai preţioasă fracţie proteică de aproximativ 30% din proteinele laptelui (β- lactoglobulinele, α- lactoalbuminele, albuminele, imunoglobulinele), ce au funcţii imune şi de protecţie a organismelor umane şi a animalelor, se pierd împreună cu zerul. Trecerea acestor fracţii principale din lapte în zer duce concomitent la mărirea valorii lui biologice, nutritive şi curative comparativ cu ale laptelui. In aspect curativ întrebuinţarea proteinelor din produsele lactate secundare micşorează considerabil nivelul colesterolului în sânge. În zer împreună cu fracţiile proteice principale menţionate trec sărurile minerale, microelementele si vitaminele. Cele din urmă prezintă un interes deosebit, prin faptul că în urma fracţionării zerului concentratul proteic obţinut (cu concentraţia peste 60%), necesită asimilarea cu formule vitamino-minerale adăugatoare [2]. Astfel, zerul prezintă un obiect de cercetare valoros, iar problema extragerii şi utilizării componentelor lui preţioase rămâne actuală. Acest subiect este cercetat amplu, fiind folosite diferite metode şi tehnologii de fracţionare. Utilizarea metodelor electrofizice la prelucrare şi anume la fracţionare sunt cele mai actuale, prezentând o direcţie amplă recunoscută şi recomandată de Federaţia Internaţională de Prelucrare a Laptelui ca metode ecologic pure, fără utilizarea reagenţilor chimici şi a temperaturilor înalte [3]. Una din căile principale de sporire a eficienţei majorităţii tehnologiilor este combinarea a două sau mai multor procedee. Metoda de electroactivare a zerului cercetată şi promovată de autori permite fracţionarea lui cu obţinerea concentratului proteico-mineral (60% proteină, 48% săruri minerale, 10% glucide) şi zerului deproteinizat (40% proteină, 52% săruri minerale, 90% glucide) utilizat la prelucrarea ulterioară a lactozei, una din căi fiind producerea lactulozei care este recunoscută ca cel mai valoros prebiotic, întrebuinţat pe larg la tratarea şi profilaxia maladiilor tractului intestinal, ficatului, ridicarea imunităţii [4]. Folosirea aceastei metode mai puţin costisitoare asigură fracţionarea completă a zerului pe un contur închis. În plus, acest principiu de prelucrare a produselor secundare şi a celor reziduale corespunde cerinţelor privind rentabilitatea şi ocrotirea mediului ambiant. Analizele fizico-chimice, biochimice şi a indecelui pepsin-pancreatic (58) confirmă că utilizarea metodei de electroactivare a zerului, propusă şi promovată de autori este rentabilă, puţin costisitoare, permite fracţionarea zerului pe un contur închis şi prelucrarea completă a laptelui. Produsele obţinute pot fi cu succes întrebuinţate atât în producţia alimentară, cât şi în cea farmaceutică.

Bibliografie 1. А.G. Khramtsov, I.А. Evdokimov Lactozosoderjascee syrie - fenomenologhia termina, practica i perspectivy ispolizovania Sbornic naucinyh trudov SevCavGTU, Seria „Prodovolistvie”, 2006. 2 2. A. G. Khramtsov Molocinaia syvorotka. M; Agropromizdat, 1990. 240p 3. Ryabtseva Svetlana Development of lactulose technology and reagentless methods IDF Simposium „Lactose & its Derivates”, pdf presentation, 14-16 may, 2007, Moscow, Russia 4. A.S. SSSR 1220608, Кл. А 23 С 21/00 Sposob vydelenia belcov molocinoi syvorotki Bologa M. K., Litinskii G. A., Rogov I. A., Ginzburg A. S., Cotelev V. V., Romanov A. M., Ponomari T. A.

108

Influenţa parametrilor interstiţiului asupra caracteristicilor pompei electrohidrodinamice

M. Bologa, I. Cojevnicov

Institutul de Fizică Aplicată, AŞM, Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, mbologa@phys.asm.md, 73-81-84

Experienţa acumulată de către autori pe parcursul cercetării şi perfecţionării pompelor electrohidrodinamice (EHD) certifică, că productivitatea lor în mare măsură depinde de procesele ionizării lichidului dielectric la electrozi şi de structura curgerilor EHD in interstiţiu. Indiferent de forma geometrică a electrozilor în interstiţiu, de regulă, se formează curgeri recurente (turbionare) [1−4], în care are loc disipaţia de bază a energiei câmpului electric. Curgerile recurente pot fi parţial suprimate prin îngustarea canalului, care este insoţită de creşterea rezistenţei hidraulice a interstiţiului şi deminuarea intensităţii curgerilor. De aceea, mai raţional este de a folosi reprimarea parţială a curgerilor turbionare. Pentru cercetarea posibilităţilor acestei metode de perfecţionare a caracteristicilor pompei EHD a fost realizată instalaţia constituită dintr-un rezervuar umplut cu lichidul de lucru – gaz lampant, în care se amplasa pompa EHD. Electrodul-colector a pompei a fost prevăzut în formă de placă cu orificiu. Emiterul prezintă o sârmă acoperită cu izolaţie(lac) perforată în formă de tăieturi perpendiculare generatoarei. Foarte aproape de emiter, din partea colectorului, este instalată o placă dielectrică cu orificiu, în centrul căruia este amplasat elementul perforat. Distanţa dintre electrozi se schimbă prin intermediul bucşelor. Racordul de evacuare este unit cu un piezometru. Măsurarea presiunii, creată de pompă, s-a efectuat în lipsa debitului, ce a permis de a identifica mai precis influenţa diferitor factori asupra funcţionării pompei EHD. Placa dielectrică cu orificiu îndeplinişte rolul diafragmei, care restrânge curgerile recurente şi crează efectul de sugere în regiunea perforării electrodului. Pe măsura măririi lăţimii h a plăcii dielectrice, descreşte grosimea stratului de lichid, ce duce la redistribuirea câmpului electric şi creşterea rezistenţei hidraulice a interstiţiului. În consecinţă deminuază intensitatea curgerilor recurente şi efectul lor de sugere şi ca rezultat deminuază caracteristica de debit. Varierea h până la mărimi sub un milimetru nu influenţează asupra parametrilor pompei. Totodată micşorarea diametrului orificiului d în placa dielectrică duce la creşterea presiunii, care probabil este predeterminată de limitarea fluxului recurent de lichid. Cu mărirea distanţei dintre electrozi l, la intensitatea constantă a câmpului electric, diminuază rezistenţa hidraulică a interstiţiului şi sporeşte caracteristica de presiune a pompei. În mare măsură presiunea creată de pompa EHD depinde de diametrul d1 al orificiului în colector. Cu micşorarea d1 creşte intensitatea câmpului electric datorită reducerii distanţei dintre perforaţie şi marginea orificiului din colector şi intensitatea curgerii EHD, caracteristică pentru sistemul analog de electrozi “ac-inel”. Au fost determinaţi parametrii optimi (h, l, d) ai interstiţiului. S-a atins presiunea statică 625 mm gaz lampant la tensiunea U = 18 kV, care însă nu prezintă limita posibilă. Astfel, s-a stabilit că prin intermediul diafragmei, ce limitează fluxul de lichid, şi folosirea curgerilor recurente (celulare) în stratul de lichid din interstiţiu, pot fi perfecţionate esenţial caracteristicile pompei EHD cu sistemul de electrozi “sârmă-suprafaţă plană”.

Bibliografie 1.M.K. Bologa, F.P. Grosu, I.A. Cojuhari. Elektroconvectia i teploobmen. Ştiinţa, Kishinev, 1977, с.320.

2.Iu.K. Stishkov, A.A. Ostapenko. Elektrogidrodinamiceskie tecenia v jidkih dielectricah. L., 1989, с.176.

3.F.T. Tănăsescu, M. Bologa, R. Cramariuc. Electrotehnologii. Procesarea materialelor şi tehnologii electrochimice. Vol. 2. Editura Academiei Române. Bucureşti, 2002. S. 95-120.

4.M. Bologa, I. Cojevnicov. Influenţa acoperirii izolante asupra transferului de sarcină între electrod şi lichid. Conferinţa fizicienilor din Moldova. CFM-2005, Institutul de Fizică Aplicată AŞM. Chişinău, Republica Moldova, P. 138.

109

Despre mecanismul intensificării transferului de căldură la fierbere în câmp electric

O.Mardarschi, M. Bologa

Institutui de Fizică Aplicată, AŞM, or. Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, mbologa@phys.asm.md, 73-81-84

Datorită posibilităţilor de asigurare a fluxurilor înalte de căldură şi de reglare a lor în dependenţă de regim procesul de fierbere are o amplă utilizare în scopul transferului de căldură şi menţionării condiţiilor termice predeterminate a aparaturii de cea mai diversă destinaţie. Diferite sunt metodele şi procedeele de influenţare atât asupra evoluţiei procesului, cât şi a intensităţii transferului de căldură. Totodată distinctive sunt particularităţile acţiunilor electrice, care asigură atât un grad înalt de intensificare a transferului de căldură, cât şi manifestarea lor, practic, fără inerţie. La fel caracteristice sunt posibilităţile de realizare a procesului în volume restrânse şi strâmtorate, ce favorizează realizarea schimbătoarelor de căldură de cea mai complicată configuraţie la fel, ca şi minituarizarea lor - tendinţa permanentă, care contribue la dezvoltarea tehnicii înaintate şi de perspectivă. În raport se analizează particularităţile de bază ale mecanismului transferului de căldură la fierbere în volum sub acţiunea câmpului electric în baza sintezei datelor bibliografice şi a cecetărilor efectuate de către autori [1, 2]. Schema modelului - elementul de transfer de căldură - ţeavă inox cu diametrul 4-6 mm sau sârmă nicron cu diametrul 0,1-0,5 mm. Electrodul de tensiune înaltă în formă de placă este amplasat deasupra suprafeţei de transfer. În baza rezultatelor observărilor vizuale şi a filmării rapide a procesului formării bulelor de vapori s-a demonstrat că la fierbere în lipsa câmpului electric bulele de vapori se mişcă în sus, iar în partea inferioară a încălzitorului bule nu se observă. La acţiunea câmpului electric intensitatea schimbului de căldură în regimul fierberii globulare este determinată de numărul centrelor active de formare de vapori, de viteza de desprindere şi creştere a bulelor, la fel ca şi de dimensiunile lor. Frecvenţa apariţiei germenilor bulelor de vapori în câmp electric creşte esenţial şi ele se îndepărtează radial de la suprafaţă. Sub acţiunea forţei electromecanice în partea superioară a suprafeţei de încălzire se petrece o mişcare mai accelerată a bulelor în comparaţie cu fierberea în lipsa câmpului electric. În partea inferioară bulele la mişcarea în jos nimeresc în zona, unde rezultanta forţelor este nulă, viteza se reduce şi ele se ridică de-a lungul liniilor de forţă a câmpului la o depărtare anumită de la suprafaţa încălzită. S-a determinat că dacă la fierbere în lipsa cămpului electric bulele apar în elementele suprafeţei cu temperatură mai ridicată, atunci la acţiunea forţelor electrice agentul termic încălzit şi bulele de vapori se înlătură în direcţia câmpului cu intensitatea mai mică, iar locul lor este ocupat de lichidul încălzit mai slab, contactând cu suprafaţa de încălzire. Mişcarea bulelor de vapori de la suprafaţă crează o circulaţie intensivă a agentului termic, în rezultat spre suprafaţă apar fluxuri, care intensifică convecţia. Dacă de examinat procesul apariţiei vaporizării din partea storţului suprafeţei se poate constata asemănarea cu fierberea la amplasarea suprafeţei încălzite într-o structură capilară rolul cărea în cazul dat îl joacă bulele de vapori. Astfel intensitatea vaporizării va fi determinată de grosimea peliculei de lichid care se formează la suprafaţa încălzită. Este cunoscut că grosimea peliculei corelează cu diametrul structurii capilare, prin urmare cu micşorarea diametrului bulelor de vapori are loc subţierea peliculei de lichid şi intensificarea cedării de căldură. Din ecuaţia bilanţului forţelor, ce acţionează asupra bulei de vapori la desprindere rezultă că cu creşterea gradientului intensităţii câmpului diametrul de desprindere se micşorează. Prin urmase cu mărirea intensităţii şi micşorarea diametrului bulei de vapori se petrece subţierea peliculei de lichid la suprafaţa de încălzire, ce duce la intensificcarea cedării de căldură. Dependenţele prezentate ale coeficientului de transfer de căldură de densitatea fluxului de căldură şi intensitatea câmpului confirmă mecanismul descris. Dependenţele aduse nu sunt caracteristice pentru feirberea în volum. Mecanismul transferului de căldură constă în transmisia căldurii prin conductibilitatea termică a microstratului de lichid, bulelor de vapori şi peliculei de grosime aproximativ constantă; totodată între bulele de vapori în creştere pelicula se menţine de către forţele capilare. Stratul este alimentat permanent cu lichidul turbionat şi prin mişcarea bulelor de vapori sub acţiunea forţelor câmpului electric.

Bibliografie

1. M.K. Bologa, G.F. Smirnov, A.B. Didkovskii, S.M. Klimov. Teploobmen pri kipenii i kondensatsii v elektriceskom pole. Kishinev, Ştiinţa, 1987. 2. O. Mardarskii, O. Motorin, M. Bologa. Osobennosti razvitia protsessa kipenia v tonkoi plenke. Trudy tretiei Rossiiskoi natsionalinoi konferentsii po teploobmenu. T. 4. Kipenie, kondensatsia, isparenie. M., Izd. MĂI, 2002. S.138-139.

110

Electrizarea mediilor fluide dielectrice sub acţiunea câmpului electrostatic T.Grosu, M. Bologa

Institutui de Fizică Aplicată, AŞM, Chişinău,

str. Academiei 5, MD-2028, mbologa@phys.asm.md, 73-81-84

În baza analizei experimentale este abordată problema electrizării fluidelor dielectrice sub acţiunea câmpului electrostatic exterior, în special, celui creat de un condensator plan-paralel, conectat la o tensiune suficient înaltă U. S-a constatat intervalul 14 1 1 7 1 110 m 10 mσ− − − − − −Ω < < Ω al conductibilităţilor specifice electrice, în care fenomenul de electrizare este posibil. Au fost examenate repartiţiile intensităţii câmpului electric E(x) în condensatorul plan-paralel şi evedenţiate şapte tipuri de electrizare: eteropolară, omopolară,monopolară”+”, monopolară”-”, eterobipolară, omobipolară, inclusiv şi cazul de neutralitate, care se evidenţiază în afara intervalului menţionat. A fost formulată sistemul de ecuaţii diferenţiale Maxwell-Nernst-Planck cu condiţiile limită respective. Referitor la mecanizmul fizic de electrizare s-a depistat un rol deosebit al neomogenităţilor mediului în raport cu parametrul /τ ε σ≡ − timpul de relaxare electrică (Maxwell) conform formulei jρ τ= ∇

r, care pot purta un

caracter explicit sau implicit. În primul caz constatăm de neomogenităţi „mecanice” la graniţa de separaţie a două medii parcurse de curent electric, când apare sarja superficială electrică de densitate ),( 12 ττγ −= nj unde

nj - componenţa normală a densităţii de curent electric, iar 1 1 1 2 2 2/ ; /τ ε σ τ ε σ= = − timpurile de relaxare a mediilor, sau − neomogenităţi termice, când datorită dependenţei )(Tττ = rezultă apariţia sarcinilor cu densitatea

d j TdT

τρ = ∇r

. În al doilea caz (implicit) mediul din puct de vedere atât a structurii fizico-chimice sau

„mecanice ”, cât şi termic se presupune omogen, cum ar fi gazul lampant sau uleiurile purificate. În astfel de cazuri fiind nu numai câmpul electric, dar şi mediul omogen ( const=τ ), n-ar fi trebuit să apară fenomenele de electrizare ( 0jρ τ= ∇ ≡

r).

În pofida acestei concluzii, totuşi experimentele demonstrează electrizarea evidentă a mediilor, s-a ajuns la o altă concluzie, că în prezenţa câmpului electric exterior mediul devine neomogen după paremetrul τ , este vorba de o neomogenitate „invizibilă”. Problema electrizării în acest caz este cea centrală a electrizării mediilor dielectrice fluide şi a electrohidrodinamicii, deoarece electrizarea are şi consecinţe cu caracter hidrodinamic, de a pune mediile electrizate în mişcare.

În lucrare se dicută diverse mecanizme fizice, care ar explica, cel puţin calitativ tipurile de electrizare enumărate. În baza ecuaţiilor generale s-a constatat, că mecanizmele, ce ţin de electrizarea mediilor pot fi divizate în două grupări: prima înclude cazurile, în care curenţii de difuzie Dj D ρ= − ∇

rsunt neglijaţi în comparaţie cu

componenta conductivă (migraţională) j Eσ σ≡rr

, adică Dj jσ<< , în a doua grupare curenţii difuzionali au pondere, fie că sunt dominanţi sau sunt neglijabili. Deaceea aceste mecanisme au fost numite difuzionale. Atunci primele le vom numi „conductive”, fiind legate de conducţia electrică ( Ej

rrσσ = ).

Deoarece curenţii difuzionali Djr

se manifestă în zonele din apropierea nemijlocită a electrozilor s-a mai concluzionat, că dacă fenomenul de electrizare cuprinde volume considerabile, atunci mecanismul electrizării e de prima speţă. Iar dacă e caracteristic cazul superficial (la suprafaţa electrozilor), atunci mai mult probabil, că în fenomenul în cauză este implicat mecanismul difuzional. Astfel structurile bipolare de electrizare sunt caracteristice distanţelor foarte mici (zecimi de mm) de la suprafaţa electrozilor, de aceea ele găsesc explicaţie în ţinerea de cont a curenţilor de difuzie. Au fost selectate modele fizico-matematice a tuturor tipurilor de electrizare din clasificarea sus-menţionată. S-au comparat soluţiile exactă şi aproximativă şi s-a ajuns la concluzia că ultima poate fi recomandată, inclusiv, pentru calcule aplicative. Sunt analizate întrebări ce ţin de influenţa fenomenului de electrizare asupra legii Ohm, inclusiv dependenţei curentului electric de distanţa dintre electrozi.

Însă, încă mulţi factori, spre exemplu, de influenţă a neomogenităţii câmpului electric exterior asupra electrizării, factorilor de timp, de temperatură etc., rămân de a fi cercetaţi. Rezultatele obţinute vor fi utilizate la formularea şi soluţionarea parametrilor, ce ţin de stabilitatea electrostatică a fluidelor dielectrice în câmpuri electrice, dar şi de fenomene electroconvective în electrofizica şi electrohidrodinamica mediilor fluide dielectrice şi slab conductibile.

111

Nanostructured metal oxide by chemical deposition for CO2 gas sensor applications

O. Lupan1, S. Shishiyanu1, T. Shishiyanu1, V. Şontea1, S. Railean2 1Department of Microelectronics and Semiconductor Devices, Technical University of Moldova,

168 Stefan cel Mare Blvd., FCIM, MD-2004, Chisinau, Republic of Moldova 2Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies, Academy of Sciences of Moldova, 3/3 Academy

str., Chisinau MD-2028, Moldova

Nanostructured metal oxide (ZnO and CuO) thin films have been deposited using a successive chemical solution deposition method. The structural, morphological, electrical, optical and sensing properties of the films were studied for different concentrations of Al-dopant and were analyzed as a function of rapid photothermal processing (RPP) temperatures. The films were investigated by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy and Raman spectroscopy, electrical, and gas sensitivity measurements. The average grain size is 240 and 224 Å for undoped ZnO and Al-doped ZnO films, respectively.

It was demonstrated that rapid photothermal processing is an efficient method for improving the quality of nanostructured ZnO films according to the enhancement of sensitivity to CO2 with the increase of the RPP temperature. Nanostructured ZnO films doped with Al showed a higher sensitivity to CO2 than undoped ZnO films. The correlations between material compositions, microstructures of the films and the properties of the sensors are discussed.

Recently carbon dioxide (CO2) gas sensor attracted considerably attention for applications in greenhouse gases (GHGs) monitoring. This type of sensors is required also for quality assurance of carbon dioxide used in soft drinks, mineral waters and beers according to The International Society of Beverage Technologists (ISBT) which established quality guidelines. In this regards we investigated SCSD nanostructured ZnO films as sensing material for novel CO2 sensor.

Acknowledgements

This work was made possible in part by Award No. MTFP-1014 of the Moldovan Research and Development Association (MRDA) under funding from the U.S. Civilian Research & Development Foundation (CRDF).

Financial support by the Project 321b/s and 032P from the Ministry of Education and Science of Moldova and Supreme Council for Research and Technological Development of the Academy of Sciences of Moldova are gratefully acknowledged.

References [1] Ü. Özgür, Ya. I. Alivov, C. Liu, A. Teke, M. A. Reshchikov, S. Dogan, V. Avrutin, S. J. Cho, H. A. Morkoç, J.

Appl. Phys. 98 (2005) 041301. [2] M. S. Setty, A. P. B. Sinha, Thin Solid Films 144 (1986) 7. [3] H.L. Hartnagel, A.L. Dawar, A.K. Jain, C. Jagadish: Semiconducting Transparent Thin Films (IOP, Bristol

1995). [4] Shishiyanu S.T., Shishiyanu T.S., Lupan O.I. Sensing characteristics of tin-doped ZnO thin films as NO2 gas

sensor. Sensors and Actuators, B. vol. 107, no. 1, 2005, pp. 379-386.

112

RESEARCH OF POLYCRYSTAL THIN FILMS CuInS2 GOT THE METHOD OF SPRAING

Gorley P.Ma., Orlezkiy I.Ha., Tymkiv O.Mab., Kryskov Ts.Ab.

aChernivtsi National University, 2 Kotsubynsky Str., 58012 Chernivtsi, Ukraine bKamyanets-Podilsky State University, 61 Ogienko str, Kamyanets-Podilsky, 32300, Ukraine

One of the most perspective materials for creation of cheap and solar cells thin films suns elements

is chalcopyrite triple compounds CuInS2 [1-3]. In recent years there increases an interest to this compounds, development and perfection of methods for their receipt, in particular method of spraying with next pyrolysis.

In this papers the presentation results of researches of tapes CuInS2, waters solutions got nebulized CuCl2, InCl3 and thiourea on the heated surfaces on substrates in the reserved volume at the certain technological modes.

On the got samples researches of morphology were conducted surfaces, their carrying capacity measuring of superficial resistance and its conductivity during the leadthrough of annealing at certain temperatures.

It is showed, that the size of superficial resistance of films (0,2 Ώ·сm – 3,8·.10-2 Ώ ·сm) at the isothermal annealing on air can diminish in 3-4 times.

On research of optical properties of films CuInS2, after inclination of curve of edge of absorption a band gap was certain semiconductor, which is (1.3 – 1.5) еV, depending on the technological terms of besieging.

Making laboratory samples of heterojunctions SnO2:F/CuInS2/CdS or SnO2:F/In2S3/CuInS2, for the receipt of which one method of causing was used is spraying with further pyrolysis, only at the different technological modes, rotined that this method allowed to get polycrystalline tapes with homogeneous on a thickness and surface by chemical composition, but needs optimization of the technological modes.

REFERENCES 1. Kijatkina O., Krunks M., Mere A., Mahrov B., Dloczik L. CuInS2 sptayed films on

different metal oxide underlauers //Thin Solid Films, 2003,V. 431-432, pp. 105-109. 2. Deshmukh M.P., Nagaraju J. Neasurement of CuInS2 solar cell AC parameters //Solar

Energy Materials & Solar Cells , 2004, pp.1-7/ 3. Ashour A., Akl A.A.S., Ramadan A.A., Abd EL-Hady K. Study of polysrystalline CuInS2

thin film formation, 2004, V. 467, pp.300-307.

113

THE STUDY OF A PARABOLOIDAL OPTICAL CONCENTRATOR BY RAY-TRACING METHOD: FOUNDATIONS

Ioan LUMINOSU, Ioan ZAHARIE, Darius IGNEA

Departamentul de Fizică Tehnică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Bulevardul Vasile Pârvan No.2,300223, Timişoara, Romania contact: iluminosu@upcnet.ro

Concentrating the sunlight on the photovoltaic cells is an important issue in order to obtain efficient energy conversion. Since the optical concentrators are based on optical phenomena it is useful to simulate the light rays way before designing a concentrator. The ray-tracing method is a very useful tool in simulating the behaviour of a system based on lenses and/or mirrors. This paper presents a software tool which allows the simulation of a small size paraboloidal concentrator of non-imaging type. The software tool uses the ray-tracing method in order to simulate the propagation of the light and its reflection on a surface. As input data the following values are needed: input / entrance aperture’s ray, exit aperture’s ray, position of the photovoltaic cell with respect to the top of the concentrator, size of the step for moving the cell, final position of the cell, initial and final moments of the simulations, time step, the inclination angle of the roof, the azimuthal angle of the roof, the month of the year, the day of the month. Based on these input data the following values are computed: the intensity of the solar radiation on a plan orthogonal to the light propagation direction, the incidence angle of the radiation with respect the input aperture, the density of the radiant flux on the plane containing the input aperture, the density of the radiant flux on the plane which contains the cell, the optical concentration factor, the energy passing through the input aperture, the energy capted by the cell, the efficiency of the concentrator. We define all involved physical measures: optical concentration factor, maximum of the optical concentration factor, geometrical concentration factor, optical efficiency and all equations based on which the measures characterizing the solar radiation can be computed (e.g. Sun declination at solar noon, hour angle, solar hour, incidence angle of the radiation on a inclined surface, zenithal distance and the density of the solar flux). Acknowledgments. This work was supported by the grant CEEX-247

References:

1. R. M. Swanson, Photovoltaic concentrators in Photovoltaic science and engineering edited by A. Luque and S. Hegedus, Wiley, pp. 449 – 505, 2002.

2. S.B.E. Bowden, A High efficiency photovoltaic roof tile, a thesis of University of New South Wales, April 1996.

114

THE STUDY OF A PARABOLOIDAL OPTICAL CONCENTRATOR BY RAY-TRACING METHOD: RESULTS

Ioan ZAHARIE, Ioan LUMINOSU, Darius IGNEA

Departamentul de Fizică Tehnică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Bulevardul Vasile Pârvan No.2,300223, Timişoara, Romania contact: izaharie@gmail.com

This paper presents results obtained by using a software tool (Parable) which we developed in order to simulate small size paraboloidal concentrator. The simulations were conducted for the days corresponding to equinox and solstice moments. For the interval between the winter solstice and summer solstice we computed the optical concentration factors, the averaged optical concentration and the averaged optical efficiency. We found that the optical efficiency is maximal in march and it is minimal in december and june. The maximum of energy incident on the concentrator was obtained in april, may and june and the maximal quantitites of energy received by the receptor were obtained in march and april. On the other hand, the largest efficiency was obtained in february (21.6%) and march (25.3%). The maximal incidency angle of the radiation on the input aperture is θmax = 30.06 deg and the minimal angle which allows sunlight concentration is θmin = 1.84 deg. In our simulations we obtained for the optical concentration factor the maximal value Cmax = 3.55, corresponding to month of march. This value is in accordance with the theoretical maximal value which is Ctheoretical = 3.98. We also obtained that the optical concentration factor is above one between 10h30min – 14h00min and that the maximal density of the radiant flux on the photovoltaic cell is attained in march at noon (Brec = 2835 W/m2). Moreover the solar energy received during the day by the photovoltaic cell is maximal also in march (Qmax = 36763 J). Finally the concentration efficiency was obtained to be between 12.31 % (june) and 25.32 % ( march). All these results are in concordance with results reported in literature illustrating the fact that the proposed software tool is competitive. Acknowledgments. This work was supported by the grant CEEX-247 References

1. I. Luminosu, C. De Sabata, A. De Sabata, Cercetări teoretice şi experimentale asupra posibilităţii de realizare a unei case solare parţial autonome termoenergetic, Revista AGIR, în curs de apariţie.

2. A. Glassner ed. An introduction to ray tracing, Academic Press, San-Diego, pp. 288-293, 1989.

3. I. Luminosu, I. Zaharie, M. Costache, I. Damian, Optical concentrators in photovoltaics installations,

Conferinţa Naţională de Instalaţii pentru Construcţii şi Confort Ambiental,183 - 190, Timişoara, Martie 2007.

115

RENEWABLE BIOFUEL SOURCES IN COGENERATION TECHNOLOGIES

Bologa Alexandr

J.S.C. Energy Investment Group, Institute of Applied Physics ASM, str. Eminescu 63, MD-2012, Chisinau, Republic of Moldova

Cogeneration - simultaneous generation of heat and power in a single process - is a powerengineering technology rapidly developing all over the world. It’s known that CHP allows to save up to 30% of primary fuel in comparison with separate heat and power generation technology. Besides energysaving benefits CHP provides greenhouse gases emissions reduction and decreases the heat influence on atmosphere. The renewable energy sources (RES) with a great share of biomass are also rapidly developing in the world. The main advantage of biomass is that it is CO2 neutral fuel (CO2 amount emitted to the atmosphere by biomass combustion will be absorbed during biomass growth). So biomass utilization as fuel (also in CHP) allows avoiding CO2 emissions.

Energy Investment Group project JSC “Energy Investment Group” first large-scale investment was the erection of a 1,94 MW cogeneration

plant for biogas utilization in the production of cheap electrical and thermal energy resources at the Waste Water treatment station in Chişinău. The cogeneration application Petra 1250 CDB represents equipment for continuous and simultaneous long-term production of electrical energy and heat [2].

The basic components of the cogeneration application are: energy generating application with a GUASCOR internal combustion engine and a STAМFORD synchronous generator; electrical energy distribution device; system of heat exchangers; cooling system.

Produced electrical energy completely will be used for maintenance of own needs of the Waste Water Treatment Station and the thermal energy, partially, will be used for a covering of needs of administrative and household buildings in hot water and heating. Further, all thermal energy (about 2,2 GCal/h) will be used for biogas manufacture, which will be a fuel for cogeneration equipment.

Cogeneration Equipment possibilities:

• qualitative thermal and electrical energy manufacture which corresponds all Governmental standards on the

Republic of Moldova territory; • to ensure the Waste Water Treatment Station with an additional source of the qualitative thermal and

electrical energy; • to carry out functioning of the cogeneration equipment in automatic control mode at parallel work with the

external electrical lines, when all processes will be controlled by the modern computer facilities, and the role of the man in management of technological process will be shown to a role of the observer;

• to lower the tariffs on made electrical and thermal energy; • to increase reliability of functioning of the equipment of the Waste Water Treatment Station in the moments

of unpredictable disconnections from the external electrical greeds; • to decrease significant the danger of ecological accident, which will arise when the technological process at

the Waste Water Treatment Station will be stopped; • to remove completely unpleasant smells and to lift the level of capital of Republic of Moldova up to a level

of the European Countries; • to start the cogeneration equipment on biogas - fuel, which for today is not a source of the income, but is a

source of unpleasant smells and environment air pollution; • biogas producing as a result of the complete silt processing, which will allow to receive, as a final product,

dry deposit - qualitative agricultural fertilizer; • after reconstruction to lift the status of the Waste Water Treatment Station up to the world standards; • to ensure functioning of the cogeneration equipment on biogas with maximum efficiency, which will

essentially decrease the natural gas consumption;

116

Comutarea cheilor de putere în stabilizatorul de curent alternativ Sainsus Iurie Constantin

Institutul de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, Academiei 3/3, Chişinău, Moldova

Pentru reglarea tensiunii de ieşire a stabilizatorului de curent alternativ se folosesc mai multe metode. Vom analiza dispozitive, bazate pe metoda comutării diferitor înfăşurări a autotransformatorului de curent alternativ la tensiunea de intrare. În calitate comutator în aşa dispozitive se folosesc diferite tipuri de chei de comuaţie. Cele mai răspândite sunt cheile de comutaţie pe relee electromagnetice sau pe triace cu semiconductori. Nu se poate vorbi despre o prioritate în folosirea unui tip de cheie de comutaţie, deoarece fiecare tip de cheie are neajunsurile ei. De aceia, orice proiectant alege tipul cheii de putere, reeşind din cerinţele expuse în caietul de sarcini ori, deseori, din raportul preţ / calitate. Preţ redus şi parametri accesibili se primesc la utilizarea cheilor de comutaţie pe relee. Principalul neajuns este timpul mare de comutare/decomutare a contactelor releelor şi scânteia, ce apare în momentul comutării/decomutării contactelor releului. Tehnologiile ultimilor ani şi utilizarea materialelor noi în construaţia contactelor releelor au permis de a minimiza aceste neajunsuri.

Comutarea curentului la intrarea autotransformatorului duce la întreruperea curentului din înfăşurările autotransformatorului în timpul de comutare/ decomutare a contactelor releului, conectat între reţeaua industrială şi înfăşurările autotransformatorului. În cazul când rezistenţa firelor din reţeua industrială este mare, aceasta poate duce la distorsiuni semnificative în forma tensiunii. Cauza este căderile mari de tensiune în reţelaua industrială în momentele de comutaţie, când curentul creşte brusc la valori foarte mari.

Pentru studierea efectelelor negative, ce survin la comutarea/decomutarea contactelor releelor sub curentul de lucru, a fost folosită schema de măsurare din fig.1:

Fig.1. Schema de măsurare a parametrilor de comutare/decomutare a releelor.

Poziţia contactelor releului, când prin înfăşurarea releului curentul lipseşte, o vom numi poziţia „nulă”, iar poziţia contactelor releului, când prin înfăşurarea releului trece curentul de lucru, o vom numi poziţia „conectat”. Timpul de trecere a contactelor din poziţia „nulă” în poziţia „conectat” îl vom numi „timp de conectare”, iar timpul de trecere din poziţia „conectat” în poziţia „nulă” îl vom numi „timp de deconectare”. În acastă schemă nu se ia în consideraţie timpul reacţiei înfăşurării de dirijare, care este necesar pentru a magnetiza / demagnetiza miezul, ce intră în componenţa subansambului electromecanic a releului. Timpul reacţiei înfăşurării de dirijare nu intră în timpul în care contactele releului trec dintr-o poziţie în alta, de aceia el nu este important şi nu se măsoară.

Rezultatele măsurărilor sunt prezentate în fig.2:

Fig.2. Oscilogramele măsurate.

117

După cum vedem pe oscilograma din fig.2 timpul de comutare/decomutare este diferit: timpul de comutare întotdeuna este mai mare, în comparaţie cu timpul de decomutare. Testarea direritor tipuri de relee de viteză mare a arătat, că această diferenţă constituie de la 2 până la 5 ms. Pentru proiecterea unui dispozitiv practic şi fiabil este necesar de luat în consideraţie timpul maxim, adică timpul de comutare. O realizare practică este stabilizatorulul de curent alternativ reprezentat în fig.3:

Fig.3. Schema electrică a stabilizatorului de curent alternativ.

Nu ne vom opri la explicarea principiului de lucru, el este cunoscut. Important este momentul de timp, când se efectuiază comutarea contactelor releelor K1-K4. Cea mai corectă comutare se efectuiază în momentul trecerii prin punctul „zero” a curentului de ieşire a stabilizatorului, care are o dependenţă foarte complicată în funcţie de caracterul sarcinii, parametrii autotransformatorului etc. Pentru alegerea unui moment optim de comutaţie a releelor s-au efectuat un şir de teste. Ca rezultat au fost marcate câteva concluzii (în calitate de punct de reper al timpului a fost luat momentul trecerii tensiunii de intrare prin punctul „zero”):

- pentru a evita curenţii mari de comutare a contactelor releelor K1-K4 cel mai optim unghiul de comutare pentru sarcina activă~(35-45) °, adică peste (3,0-4,5) ms din momentul trecerii tensiunii de intrare prin punctul „zero”,

- pentru sarcina reactivă unghiul de comutare optim poate să varieze în comparaţie cu unghiul optim pentru sarcina activă în limitele ± 25°,

- pentru minimizarea curenţilor de comutare a contactelor releelor pentru sarcini cu diferite caractere este necesar de a utiliza un autotrasformator cu un număr de spire cu cel puţin 10% mai mult, decât este necesar conform calculelor tehnice. În acest caz unghiul optim de comutaţie nu este atât de important. Concluziile date au fost puse la baza proiectării şi fabricării unui şir de stabilizatoare de curent alternativ cu

puterea de ieşire de până la 2,5kW, care au trecut cu succes testările de laborator şi testările tehnice în laboratorele acreditate de „Moldovastandart”. La testările de lungă durată (~10 zile) cu folosirea releelor „OMRON” de tipul G5LB (curentul de comutaţie 10.0A pentru tensiunea alternativă 250V, numărul minim de comutaţii 100,0mii) s-au efectuat aproximativ 32,0 mii de comutări a curentului 8,0A (la tensiunea 170V) în schema reprezentată în fig.3 (pentru releulul K1). Ieşiri din funcţie sau alte defecte nu au fost depistate.

Lucrarea parţial a fost îndeplinită cu suportul financiar al proiectului 07.408.05.07PA.

118

BUILDING GRID INFRASTRUCTURE OF MOLDOVA FOR PHYSICAL APPLICATIONS AND USERS

A. Altuhov, P. Bogatencov, V.Pocotilenco, V. Sidorenco

RENAM. Ştefan cel Mare, 168. Chisinau. MD-2004, Moldova

M. Baznat, K. Gudima

Institute of Applied Physics, ASM. 5 Academiei Str. Chisinau, MD-2028, Moldova

Grid-computing is an advanced technology of the distributed parallel calculations intensively developed in Europe, America, Asia and in other regions of the world. Grid computing technology assumes a collective shared mode of access to network resources and to the services, connected to them using frameworks of globally distributed virtual organizations consisting of the enterprises and the separate experts. Actual Grid-networks consist of large-scale systems of calculations, monitoring, management, complex analysis services and globally distributed sources of the data capable to support structures of scientific, education, government organizations and industrial corporations and forming powerful e-Infrastructure for e-Science. Grid computing systems are widely used for physical experiments huge amounts of data processing: in astronomy, nuclear physics, computational physics etc.

Funded by the European Commission the EGEE project brings together scientists and engineers from more than 90 institutions in 32 countries world-wide to provide a seamless Grid infrastructure for e-Science that is available to scientists 24 hours-a-day [1]. Expanding from originally two scientific fields, high energy physics and life sciences, EGEE now integrates applications from many other scientific fields, ranging from geology to computational chemistry. Generally, the EGEE Grid infrastructure is ideal for any scientific research especially where the time and resources needed for running the applications are considered impractical when using traditional IT infrastructures. The EGEE Grid consists of over 30,000 CPU available to users 24 hours a day, 7 days a week, in addition to about 5 Petabytes of storage, and maintains 30,000 concurrent jobs on average. Having such resources available changes the way scientific research takes place. The end use depends on the users' needs: large storage capacity, the bandwidth that the infrastructure provides, or the sheer computing power available.

RENAM association, representing national scientific - educational network of Moldova (NREN) is Coordinating institution of National Grid Initiative of Moldova Consortium (MD-Grid NGI) that was created within the framework of the SEE-GRID-2 project of the European Commission [2]. The main objective of the SEE-GRID-2 project is to penetrate and engage regional and national user communities via multi-disciplinary grids, involving a range of research and academic institutes and scientific communities in all SEE countries, with emphasis on the deployment and support of a range of Grid applications.

MD-Grid - National Grid Initiative of Moldova was officially inaugurated on the plenary session “National Grid Initiative MD-Grid: presentation and inauguration” of RENAM Users Conference – 2007 on May, 14 2007 after receiving approval letters from Ministry of Information Development of Moldova and the Academy of Sciences of Moldova [3]. The MD-Grid NGI Consortium governed by RENAM as its Coordinating NREN initially joined 6 research, education and industry institutions that expressed their intent to participate in the processes of National Grid Infrastructure building and using:

• Research and Educational Networking Association of Moldova • Institute of Mathematics and Computer Science of the Academy of Sciences of Moldova • Faculty of Radioelectronics and Telecommunications of the Technical University of Moldova [3] • Institute of Geology and Seismology of the Academy of Sciences of Moldova • State Hydrometeorological Service • School of Public Health, State Medical and Pharmaceutical University “N.Testemitanu”.

The MD-Grid NGI Consortium is open for other potential participants and is responsible for managing Virtual Organizations, user communities, set of available NGI applications, available community services, users support (including training activities).

In July 2007 a memorandum of understanding (MoU) between MD-GRID NGI and the Laboratory of Statistical and Nuclear Physics of the Institute of Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova (IFA ASM) was signed. The main aims of the document are:

• To define the expected benefits for the collaborating of the Laboratory of of Statistical and Nuclear Physics of the Institute of Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova in using the MD-GRID NGI middleware and infrastructure (“grid-added value”),

119

• To identify the key individuals in MD-GRID NGI and related team in the Institute of Applied Physics of the Academy of Sciences of Moldova who will take responsibility for achieving the goals described in MoU,

• To identify the specific middleware requirements for supporting the collaborating development and operation of applications developed in the Laboratory of of Statistical and Nuclear Physics of the Institute of Applied Physics of ASM,

• To define the resources provided by MD-GRID NGI to the collaborating activity related Grid applications development and Grid recourses utilization team of IFA ASM,

• To define the resources provided by the collaborating projects or virtual organizations to the MD-GRID NGI infrastructure, and

• To define a schedule and significant milestones for the migration of IFA ASM team application(s) or Virtual Organizations (VO) onto the MD-GRID NGI infrastructure and schedule of MD-GRID NGI resources utilization by IFA ASM team.

Expected benefits of MD-GRID NGI Collaboration (“Grid Added Value”): • Involve a new Grid applications development team in Moldova in MD-GRID NGI that will ensure support

for research teams of IFA ASM and other institutions of ASM; • Create conditions for new grid applications development; • Identify grid users from VO having domains of research that cover interests of IFA ASM and related

research groups of ASM; • Create conditions for development and gridification of perspective applications proposed by IFA ASM:

o Elaboration and development of numerical codes to modeling the hadron- and nucleus-nucleus inelastic interactions at intermediate, relativistic and ultrarelativistic energies.

o Applications of elaborated codes for modeling isotope production in high energy nuclear reactions for medicine and industry and for problem of transmutation of nuclear waste.

References [1] EGEE (Enabling Grids for E-sciencE).http://www.eu-egee.org/ [2] South Eastern European GRID-enabled eInfrastructure Development. http://www.see-grid.eu/ [3] 1st RENAM Users Conference – 2007. http://www.renam.md/uc2007/

120

ANALIZA CARACTERISTICILOR DIODELOR LASER CU AJUTORUL PROGRAMULUI SimWindows

Vera Morozov, Anatol Mitioglu

Universitatea Tehnică a Moldovei, Bd. Ştefan cel Mare, 168

Abstract: În lucrare sunt analizate posibilităţile de cercetare a caracteristicilor diodelor laser cu ajutorul programului de simulare SimWindows. Utilizarea programului dat oferă posibilitatea analizei structurii benzilor energetice, caracteristicilor optoelectronice şi diferitor parametri fizici a diodelor laser la diferite condiţii. Utilizarea modelării structurii diodelor laser la calculator permite vizualizarea proceselor fizice complexe pentru o înţelegerea mai aprofundată de către studenţii de la diferite specialităţi.

Cuvinte cheie: SimWindows, dioda laser cu homojoncţiune, dioda laser cu heterojoncţiune, dioda laser cu cavitate verticală (VCSEL). În ultimul timp calculatorul este utilizat din ce în ce mai frecvent în calitate de instrument de simulare şi modelare în diferite ramuri ale ştiinţei. Simularea asistată de calculator permite variaţia parametrilor unui fenomen fizic sau întroducerea lor în mod progresiv pentru a evidenţia trecerea de la un model ideal la un model mai complex care reflectă mai profund realitatea. Astfel se pot înţelege mai profund subtilităţile fiecărui parametru al modelelor utilizate. Simularea proceselor fizice din dispozitivele optoelectronice prezintă o problemă mai complexă în comparaţie cu cele din dispozitivele electronice. Din acest motiv, programele existente pe piaţa software sunt foarte costisitoare. Însă, există posibilitatea simulării dispozitivelor optoelectronice prin elaborarea modelelor în medii de simulare ce funcţionează la nivel de procese fizice. Un astfel de program este SimWindows. Programul dat prezentat în [1] a fost dezvoltat de D. Winston în scopul analizei parametrilor fizici şi caracteristicilor diodei laser cu cavitate verticală (VCSEL). În baza acestui au fost elaborate şi modelele DL cu homojoncţiune şi cu heterojoncţiune (fig. 1 a, b).

Figura 1. Structura tipică a unei diode laser (a) şi dioda laser tip VCSEL (b) [2]

SimWindows permite analiza mult mai eficientă a rezultatelor în comparaţie cu metodele clasice de măsurare datorită faptului că incude în sine calculul operativ, vizualizarea imediată a rezultatelor în formă grafică şi posibilitatea de comparare cu datele măsurărilor precedente. Algoritmul de simulare utilizat în acest program este prezentat în fig. 2. În calitate de exemplu de model se va considera o DL. Conform algoritmului mai întâi se selectează structura dispozitivului (DL cu homojoncţiune/heterojoncţiune sau DL tip VCSEL). Apoi se introduc materialele de bază ale structurilor semiconductoare care pot fi soluţii solide în sistemul In-Ga-As-N/In-Ga-As-P/ Ga-As-Al cu anumite concentraţii ale componentelor. Variaţia concentraţiei componentelor poate fi efectuată într-un diapazon larg. În cadrul programului există posibilitatea de a varia proprietăţile fizice ale materialelor utilizate: gradul de dopare, concentraţia purtătorilor liberi, mobilitatea purtătorilor de sarcină etc. Pentru simularea corectă trebuie luate în consideraţie procesele fizice care au loc în modele, de exemplu pentru materialele degenerate se stabileşte statistica Fermi-Dirac iar pentru materialele nedegenerate statistica Boltzman, la diferite intervale de temperatură se selectează condiţiile termice din interiorul structurii sau altele. Totodată pot fi schimbaţi parametrii geometrici atât a structurii în general cât şi a rezonatorului. La prima vedere simularea cu programul dat necesită stabilirea multor parametri iniţiali, însă toate acestea duce la

121

mărirea preciziei de simulare a procesului de lucru a structurii sub acţiunea factorilor externi aşa ca temperatura sau tensiunea de polarizare. Anaiza detaliată a modelelor DL permite examinarea diferitor condiţii iniţiale care oferă posibilitatea de a analiza calitativ fiecare model.

Materialele utilizateîn modele

GaAs, GaxAl1-xAs, GaxIn1-xAs etc

Parametrii materialelorfolosite în modele

Na, Nd, Eg etc

Parametrii geometrici a modelului

Grosimea structurii, aria joncţiunii.

Structura modeluluiDL cu homojoncţiune, DL cu heterojoncţiune sau DL

tip VCSEL.

Parametrii rezonatorului şi a modelului

Factorul de emisie spontan, piederi în ghid, lungimea de

undă iniţială

Rezultatele simulăriiDiagrama energetică, numărul total de fotoni pentru diferite mode,

caracteristicile I=f(U), P=f(U) etc

Procese şi condiţii fizice care pot fi luate în

consideraţie în modelStatistica purtătorilor, tipul recombinării etc

Factorii externiTemperatura, tensiunea de

poalrizare.

Figura 2. Algoritmul simulării modelelor

Ca exemplu în figura ce urmează sunt prezentate rezultatele simulării diagramei energetice şi caracteristicii putere-tensiune pentru dioda laser cu heterojoncţiune în baza AlGaAs/AlGaIn.

Figura 3. Reprezentarea grafică a diagramei energetice şi caracteristicii putere-tensiune a DL cu

heterojoncţiune În concluzie se poate preciza că utilizarea modelării structurii DL la calculator cu SimWindows permite înţelegerea mai aprofundată de către studenţii de la diferite specialităţi a proceselor fizice din aceste dispozitive. Referinţe [1]. Winston D. SimWindows 16 and SimWindows 32 - User Manual. 1994, 39 p. [2]. Kaminow Ivan P. Transmitters: Lasers and Modulators. LightWave Systems, Chapter 3, 2000, p. 24

122

ON A QUANTUM HYDRODYNAMIC MODEL FOR THE PHOTOVOLTAIC CELLS

Romeo NEGREA1, Ioan ZAHARIE2, Viorel CHIRIŢOIU2, Bogdan CĂRUNTU1

1 Departamentul de Matematică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Piaţa Victoriei 2, 300006, Timişoara, Romania 2 Departamentul de Fizică Tehnică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Bulevardul Vasile Pârvan No.2,300223, Timişoara, Romania contact: negrea@math.uvt.ro

The hydrodynamic model treats the propagation of electrons in a semiconductor as the flow of a charge in

an electric field. Semiconductor models based on classical or semi-classical mechanics (like drift-diffusion equation, the hydrodynamic models and the semi-classical solid state physics Boltzmann equation) cannot be used to reasonably describe the performance of ultra-integrated devices, which are based on quantum effects. Typical examples for such devices are resonant tunneling diodes. Recently the so-called quantum hydrodynamic model (QHD) has been introduced. The quantum hydrodynamic model has the advantage of dealing with macroscopic fluid-type unknowns and it is able to describe quantum phenomena, such as negative differential resistance in a resonant tunneling diode.

Mathematically, the QHD system is a dispersive regularization of the hydrodynamic equations. The regularization depends on the scaled Planck constant and, formally, vanishes in the classical case. The starting point of our investigation is the Schrödinger non-linear equation for a QHD model which describes the electrons evolution in a semiconductor medium, obtained by adding the Bohm quantum corrections. Different approaches to solve this variant of the Schrödinger equation have been proposed. An elegant and interesting method is based on the Madelung's transform, which yield a system of two equations

2 2

2

1 ( )

12

n div Jt q

J J J q n qdiv n n Vt q n m mn

∂⎧ =⎪ ∂⎪⎨ ⎛ ⎞⎛ ⎞∂ ⊗ ∆⎪ = − ∇ + ∇⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎪ ∂ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎩

r

r r rh

(1)

but with two unknown real functions 2( , ) | ( , ) |n x t x t= Ψr r

and *( , ) Im( )qJ x tm

= − Ψ ∇Ψr hr

.

The function ( , )n x tr denotes the electron density and it is the modulus of the complex function ( , )x tΨr

named wave function. The function ( , )J x tr denotes the electron current density and it is proportional with the imaginary part of the function *Ψ ∇Ψ .

To solve the system (1) with respect to ( , )n x tr and ( , )J x tr a discretization procedure followed by a Newton-Raphson iterative method were applied.

Acknowledgments. This work was supported by the grant CEEX-247 References

1. Carl L. Gardner, Shock Wave in the Hydrodynamic Model for Semiconductor Devices, IMA Volumes in Mathematics and its Applications, Vol. 59, 1993, New York Springer-Verlag, 123-134.

2. Carl L. Gardner, The Quantum Hydrodynamic Model for Semiconductor Devices, SIAM Journal on Applied Mathematics, Vol 54, No. 2, 1994, 409-427.

123

NUMERICAL STUDY OF QUANTUM HYDRODINAMIC MODEL FOR SEMICONDUCTORS

Viorel CHIRIŢOIU1, Ioan ZAHARIE1, Romeo NEGREA2, Bogdan CĂRUNTU2

1 Departamentul de Fizică Tehnică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Bulevardul Vasile Pârvan No.2,300223, Timişoara, Romania 2 Departamentul de Matematică, Universitatea „Politehnica” din Timişoara

Piaţa Victoriei 2, 300006, Timişoara, Romania contact: chiritoiu_viorel@yahoo.com

Abstract. This paper presents a numerical study of the one dimensional quantum hydrodynamic equations,

introducing the quantum hydrodynamic model (QHD) for semiconductors. In the case of QHD, the numerical solution of Schrödinger equation must present higher oscillations, as the scaled Planck constant ε becomes smaller ( 23 1010~ −− ÷ε ).

The numerical studies for general case and for particular isothermal, stationary case are given. The hydrodynamic model describes propagation of electrons in a semiconductor, the QHD model being a dispersive regularization of hydrodynamic model. This regularization depends on choosing of scaled Planck constant ε that give us some hints about choice of reliable numerical schemes.

We derive the QHD equations model starting from Schrödinger equation via Madelung’s transformation. Numerical approach uses a Crank – Nicholson spatial discretization scheme with central finite differences

and a very small step tδ to advance in time, for different values ofε . The resulted non – linear discrete problem is solved using a Newton – Raphson algorithm, the initial solution for (n+1)-th time step being considered the final solution at n-th time step.

Finally we present different graphical solutions for particle and current densities, in both cases and for different values ofε . From graphical representations it can be observed an increasing amplitude of solutions’ oscillations of particle and current densities as ε becomes smaller. For stationary case it can be observed that current density remains constant indifferent ofε ’s choice.

The one dimensional QHD model is given by system

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=∇+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ∆∇+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

∂∂

−∂∂

∂∂

=∂∂

02

1

1

2

22

Vnmq

nnn

mqn

nJ

xqtJ

xJ

qtn

h

with two unknown, real functions, 2),(),( txtxn ψ= (the electron density) and

),(),(Im(),( txtxmqtxJ ψψ ∇−=h

(the electron current density). In all calculations we use q = m = 1.

Acknowledgments. This work was supported by the grant CEEX-247

References [1] P. Pietra, C. Pohl, Weak Limits of Quantum Hydrodynamic Model, Proc. International Workshop on

Quantum Kinetic Theory, Breckenridge, Colorado (USA), Special Issue of VLSI Design 9 (1999), 427-434. [2] A. Jaungel, Mathematical Modeling of Semiconductor Devices, Fachbereich Mathematik und Statistik

Universitaat Konstanz, 2005

124

The effects of the magnetostatic interaction field on the ferromagnetic resonance

condition in magnetic nanowires systems I. Dumitru1 O. Caltun1 and A. Stancu1

1Department of Solid State & Theoretical Physics, Faculty of Physics, "Alexandru Ioan Cuza" University, Iasi

700506, Iasi, ROMANIA

The systems of nanowires are now considered as strong candidates for many technological applications, including as high density recording materials. The main problem related to the use of these materials is the presence of the strong interactions between nanowires which influence essentially the magnetization processes. Even the results of the characterization methods, like the FMR technique, are difficult to interpret due to interaction fields [1]. This is motivating the strong interest in understanding profoundly the interactions in structures of parallel nanowires [2]. In the case of a nanowire assembly, a wire is not only in the external field but also in the effective field created by neighbor wires, so the resonance condition has to include this interaction field. For a nanowire we will show that the resonance condition for one direction is a function not only of the magnetic field in that direction but also, of the magnetic field perpendicular to that direction. The nanowire samples were modeled as a two-dimensional network of equidistant cylinders that have the parallel axis. The interaction field for this system was computed along two directions: parallel and perpendicular to the cylinder axes. The different contribution of the interaction field components on the resonance condition are presented by the frequency and angular dependence of the resonance field. Acknowledgement: The authors acknowledge the financial help from the Romanian CEEX Postdoc-NANOSCIENCE and CEEX - MASTRICH projects. [1] I. Dumitru, D. D. Sandu, and C. G. Verdes, Phys. Rev. B 66 (2002) 104432 [2] I. Dumitru, F. Li, J. B. Wiley, D. Cimpoesu, A. Stancu, L. Spinu, IEEE Trans. Magn. 41 (2005) 3361

125

TWO BEAMS DUMB-BELL UNDULATOR ANALOG MODEL

S. Micloş*, M. I. Rusu*, V. I. R. Niculescu**, D. Tenciu*, V. Savu*, L. Giurgiu***

* National Institute of R&D for Optoelectronics INOE-2000, 1 Atomiştilor Str., POB MG-5, Bucureşti-Măgurele, 077125, ROMANIA, e-mail: miclos@inoe.inoe.ro

** National Institute of R&D for Lasers, Plasma and Radiation Physics INFPLR, 1 Atomiştilor Str., POB MG-36, Bucureşti-Măgurele 077125, ROMANIA, e-mail: filo_niculescu@ yahoo.com

*** University of Bucharest, Faculty of Physics, 1 Atomiştilor Str., POB MG-11, Bucureşti-Măgurele, 077125, ROMANIA, e-mail: lgiurgiu@hades.ro Analogic simulation is more intuitive and also enables a validation of the numerical simulation. The

undulator consists of a dumb-bell wires stack. In each wire the current circulates alternatively from a wire to another. The dumb-bell contour is implemented using an analog gate controlled by a gate signal.

In free-electron laser (FEL) research and development one of the main trends is the elaboration of the compact devices. The undulator is the principal component where the phenomenon of coherent radiation take place.

A new theoretical model of an undulator for free electron lasers in a dumb-bell magnetic field is presented. The undulator is a stack of wires which are described in xy plane by dumb-bell equations, as may be seen in the figure bellow.

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Besides the numerical computation approach of the magnetic field generated by the undulator current, the

other possibility is the analogic simulation. Such an approach is more intuitive and versatile and also enables a validation of the numerical simulation.

For this reason the equations describing the model of the magnetic field generated by the undulator were, besides the numerical evaluation, simulated using an electrical analogical model.

Analog computation was accomplished dividing the equations into small pieces that may be easily implemented using elementary functional analogic blocks. In fact the equation comprises mathematical operations like integration, multiplication, division, addition, substraction, square root, sine and cosine functions. All these may be simulated by an analogical circuitry, using appropriate functional modules. These functional modules are detailed in the paper.

126

Elemente de cercetare în experienţele efectuate cu ajutorul trusei de mecanică asistate de calculator

A.Rusu, C.Pîrţac, S.Rusu Universitatea Tehnică a Moldovei, R. Moldova

e-mail: preuniversitas@gmail.com Pentru învăţământul preuniversitar se propun circa 70 experienţe de mecanică cu caracter de cercetare, majoritatea fiind prevăzute în mai multe variante de efectuare ceea ce permite lucrul în grup a elevilor şi organizarea discuţiilor în grup şi între grupuri pentru analizarea rezultatelor obţinute şi formularea concluziilor. Intervalele de timp necesare în experienţe se măsoară cu precizia de 0,0001 s folosind un cronometru electronic cu 1 sau 2 senzori. În dependenţă de necesităţi se pot măsura de la 1 până la 99 intervale consecutive de timp. Interfaţa cronometrului electronic permite transferul intervalelor de timp măsurate la portul COM al calculatorului. Aceste intervale împreună cu alte date introduse manual se procesează folosind un soft special elaborat. Elementele mecanice ale trusei permit în majoritatea cazurilor repetarea uneia şi aceleiaşi măsurări în aceleaşi condiţii ori de câte ori se doreşte. De aceea softul prevede procesarea unor serii cu un număr N de măsurări ce satisface condiţia 10 100N≤ ≤ . Pentru a observa variaţiile diferitor mărimi fizice măsurate indirect de diferiţi parametri (cum ar fi unghiul de înclinare a planului, coordonatele corpurilor, distanţa parcursă de corp, masele cărucioarelor, constanta de elasticitate a resortului folosit, lungimea pendulului gravitaţional etc.) este prevăzută procesarea unui număr de n serii de măsurări ce satisface condiţia 5n ≥ . În cazurile când repetarea măsurării în aceleaşi condiţii este imposibilă sau nu este dorită se pot procesa 7n ≥ serii a câte o măsurare ( 1N = ). Softul elaborat pe lângă procesarea datelor experimentale mai permite şi perfectarea referatului la experienţa efectuată. Acesta conţine foaia de titlu şi 11 puncte după cum urmează: 1.Scopul experienţei, 2.Aparate şi accesorii, 3.Dependenţa studiată, 4.Schema experienţei, 5.Tabelul măsurărilor, 6.Tabelul valorilor medii, 7.Prelucrarea datelor experimentale, 8.Calculul erorilor, 9.Rezultatul final, 10.Concluziii, 11.Graficul dependenţei studiate. Experienţele propuse includ măsurarea indirectă a vitezei instantanee a unui mobil, a acceleraţiei acestuia, impulsului, energiei lui mecanice, coeficientului de frecare (rezistenţă), constantei de elasticitate a unui resort sau sistem din două resorturi legate în serie ori paralel, perioadei unui pendul elastic sau gravitaţional, precum şi verificarea experimentală a tuturor relaţiilor cinematice la mişcarea uniform accelerată sau încetinită a unui corp pe planul înclinat sau la căderea liberă (20 experienţe), a principiului fundamental al dinamicii mişcării de translaţie (11 experienţe), a legii lui Hooke (6 experienţe), a legii conservării impulsului la ciocnirile plastice şi elastice (8 experienţe), a teoremei despre variaţia energiei cinetice (10 experienţe), a legii conservării energiei mecanice (8 experienţe) şi a formulelor pentru perioadele oscilaţiilor pendulului elastic şi gravitaţional (7 experienţe). În textele experienţelor se analizează aplicabilitatea diferitor aproximaţii folosite, asigurarea condiţiilor necesare pentru satisfacerea fiecărei legi studiate, precum şi variantele posibile de verificare cu ajutorul trusei propuse. Se analizează, de asemenea, metodele de evaluare şi excludere a erorilor sistematice, dacă acestea sunt prezente. Verificările experimentale ale legilor şi măsurarea indirectă a diferitor mărimi fizice se efectuează folosind dependenţa liniară

Y pX b= + (1) la care se reduc practic toate relaţiile studiate. De obicei prin panta dreptei p se exprimă mărimea fizică căutată. Însă există şi cazuri când relaţia teoretică verificată cere ca 1p = (cum ar fi, de exemplu, în cazul verificării legilor conservării impulsului şi conservării energiei mecanice). Pentru a obţine n puncte experimentale se efectuează

5n ≥ serii a câte 10 100N≤ ≤ măsurări. Fiecărui punct experimental îi corespunde o pereche de valori medii ( ),i iX Y obţinute în cadrul seriei cu numărul i . Cele n perechi de valori medii se procesează, folosind metoda celor mai mici pătrate [1], calculându-se mărimile p şi b , erorile lor absolute p∆ şi b∆ şi construindu-se graficul dreptei. De regulă prelungirea segmentului de dreaptă obţinut taie pe axa absciselor un segment 0X b p= − , sensul fizic al căruia depinde de relaţia studiată. În calitate de exemplu vom considera modul de verificare a legii conservării impulsului la interacţiunea plastică dintre două cărucioare cu masele 1m şi 2m ce se mişcă unul în întâmpinarea celuilalt cu vitezele 1

rv şi 2rv pe

un plan orizontal şi care după interacţiune se mişcă împreună cu viteza ur (fig. 1). Vitezele cărucioarelor se aproximează cu vitezele medii pe distanţe mici egale cu grosimea 0,005 md = a obturatoarelor înşurubate în cărucioare: 1 1d t=v , 2 3d t=v şi 5u d t= , unde 1t şi 3t sunt intervalele de timp în care obturatoarele cărucioarelor întretaie fascicolele senzorilor înainte de ciocnire, iar 5t este intervalul de timp în care unul din obturatoarele cărucioarelor ce se mişcă împreună după interacţiune întretaie fascicolul unuia din senzori. Dacă se neglijează

127

acţiunea forţei de frecare (rezistenţă) asupra cărucioarelor, atunci legea conservării impulsului în proiecţii pe axa x are aspectul ( ) ( )1 2 1 1 2 2 1 2 5 1 1 2 3m m u m m m m d t m d t m d t+ = − ⇒ + = −v v (2)

Fig. 1

cu variaţia medie a impulsului cărucioarelor sub acţiunea acestei forţe. Ea va interveni ca o eroare sistematică de metodă ce se va repeta la fiecare măsurare. S-au efectuat 5n = serii a câte 10N = măsurări. La trecerea de la o serie de măsurări la alta au variat viteza primului cărucior şi masele ambelor cărucioare. S-a obţinut dreapta din figura 2 cu panta 1,03±0,03p = şi un segment tăiat pe axa absciselor 0,031 kg m sP bδ ≈ ≈ ⋅ . După efectuarea acestei experienţe care poate fi realizată în circa 20 de variante şi care durează circa 20-30 min. elevii pot trage următoarele concluzii:

1. Graficul dependenţei (2) reprezintă un segment de dreaptă cu panta 1,03±0,03p = ceea ce confirmă veridicitatea legii conservării impulsului în experienţă, dat fiind că valoarea aşteptată din teorie a pantei

1p = se află în interiorul intervalului de încredere obţinut în experienţă; 2. Legea este confirmată în experienţă cu o eroare relativă 3,2 %p pε = ∆ = ; 3. Dreapta taie pe axa absciselor un segment 0,031 kg m sP bδ ≈ ≈ ⋅ . Acţiunea forţei de frecare (rezistenţă)

modifică impulsul cărucioarelor cu ( )1 2 100% 9 %P m m uδ + × ≈⎡ ⎤⎣ ⎦ în ultima serie de măsurări şi cu circa 21 % în prima serie, dar metoda utilizată la procesarea datelor experimentale permite excluderea influenţei acestei erori sistematice la verificarea legii conservării impulsului.

Bibliografie 1) Dorn W.S., McCracken D.D. Metode numerice cu programe în FORTRAN IV (Cap. 7), Editura Tehnică, Bucureşti, 1976, 468p. 2) Alexandru Rusu, Spiridon Rusu, Constantin Pîrţac. Trusă de mecanică asistată de calculator, Revista Evrika, Nr. 10, 2006.

Fig. 2

Relaţia (2) se verifică considerând-o funcţie liniară de tipul (1), unde ( )1 2 5Y m m d t= + şi 1 1 2 3X m d t m d t= − . În acest caz legea conservării impulsului se va considera verificată dacă dependenţa va reprezenta un segment de dreaptă cu panta 1p ≈ . Cum forţa de frecare (rezistenţă) ce acţionează asupra cărucioarelor nu poate fi diminuată oricât am dori, prelungirea acestui segment nu va trece prin origine ci va tăia pe axa absciselor un segment egal

128

Rolul experimentului demonstrativ în eficientizarea procesului de predare-învăţare a

fizicii Maria DUCA, Eugen Gheorghiţă

Universitatea de Stat Tiraspol, 2069 MD Chişinău, str.Gh.Iablocichin 5, Moldova

Colegiul Financiar-Bancar “A.Diordiţă”, Str.M.Costin 26/2, Moldova Fizica este o ştiinţă a naturii. Una din metodele principale a eficientizării procesului de predare-învăţare a fizicii este experimentul demonstrativ. Experimentul demonstrativ este o metodă activă, mai ales în concepţia învăţămîntului formativ prevăzut de reforma învăţămîntului în Republica Moldova. Actualmente experimentul demonstrativ în condiţiile noastre se întîlneşte cu mai multe probleme între care lipsa utilajului contemporan, costul destul de simţitor pentru un liceu. În aceste condiţii profesorul de fizică este pus în situaţia de a asigura calitatea cerută a experimentului demonstrativ în concepţiile fizice prevăzute de curriculum folosind utilaje cît mai simple şi mai ieftine. În lucrarea dată se analizează un set de experimente demonstrative confecţionate cu puterile elevilor folosite la predarea-învăţarea modulelor „Electrostatica”, „Electrocinetia”, s-au confecţionat dispozitive, 28 experimente folosite la studierea temelor menţionate. Evaluările au fost realizate în raport cu clasele de control. Analiza statisticii experimentului pedagogic realizat în Colegiul Financiar Bancar ne prezintă următoarele cifre. Nota medie în clasele experimentale e de 8,43 pe cînd în clasele de control 7,22, eficienţa progresivă după fiecare act evalutiv este aproximativă de 20%, eliberează timp suplimentar folosit pentru alte activităţi, se menţionează un interes deosebit al elevilor pentru studierea fizicii şi pentru domeniile de aplicaţie. Considerăm că experimentele confecţionate pot fi utilizate de prefesorul de fizică şi în alte instituţii de învăţămînt. Rezultatele statisticii de folosire a experimentelor confecţionate sunt prezentate în următoarele tabele. Progresul

EE (clasa experimentală) Tabelul 1

Actul evolutiv

Evaluarea

iniţială

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Nota medie

a grupei

Nota medie 7,1 7,2

5 7,8 7,85

8,02

7,93 8,6 8,02 9,2 9,4 8,54 8,7 8,9 8,8 9,0

1 8,43

Progresul după fiecare act evolutiv

1,02 1,07 1,06 1,0

2 0,98

1,08 0,99 1,1

5 1,02 0,91 1,02

1.02

0,99

1,01 0,93

Progres mediu 1,08 Progres general 1,19

Progresul EC (Clasa de control) Tabelul 2

Actul evolutiv

Evaluarea iniţială

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Nota medie a grupei

Nota medie 7,2 6,8

7 7,3 6,9 6,87

7,02 6,87 5,5

8 8,6 8,8 7,03 7,8 7,9 7,68

7,16 7,22

Progresul după fiecare act evolutiv

0,95 1,06 0,95 1,0

2 0,97

0,81 1,54 1,0

2 0,79 1,1 1,0

1 0,97 0,93 0,99

Progres mediu 1,01 Progres general 1,00

129

Folosirea schemelor funcţionale în cadrul predării electrotehnicii Valeriu Abramciuc

Universitatea de Stat „A. Russo”, str. Puşkin, 38, Bălţi, Republica Moldova

Ridicarea eficienţei predării şi/sau studierii electrotehnicii poate fi verificată (constatăm, deloc uşor) prin stabilirea nivelului înţelegerii complexe a materiei în cauză. În prezenta lucrare se propune şi se fundamentează prin exemple concrete folosirea schemelor funcţionale care, fiind elaborate în baza unor convenţii unice şi relativ uşor accesibile, facilitează însuşirea celor mai esenţiale elemente ale proceselor şi fenomenelor studiate.

Întru exemplificare, în fig. 1 este prezentată o schemă funcţională care reflectă esenţa proceselor care însoţesc funcţionarea în gol a transformatorului electric. Explicativa acesteia este următoarea. Atunci când la bornele primarului transformatorului se aplică o tensiune electrică alternativă 1u , înfăşurarea aceasta absoarbe de la reţeaua electrică de alimentare un curent de intensitate 10i şi produce un câmp magnetic propriu, numit câmp de excitaţie al transformatorului, cu fluxul magnetic fascicular util ф , cu variaţie temporală alternativă, care înlănţuie ambele înfăşurări. În baza legii inducţiei electromagnetice, în primar se autoinduce t. e. m. 1e , care, împreună cu tensiunea 1u , determină valoarea curentului 10i . În conformitate cu legea inducţiei electromagnetice, în secundar se induce t. e. m. 2e , egală cu tensiunea

20u , denumită tensiune secundară la funcţionarea în gol.

Practica a demonstrat utilitatea folosirii schemelor funcţionale în cadrul studiului fenomenelor care se caracterizează prin cicluri, adică desfăşurarea proceselor este de aşa o manieră, încât acestea se repetă dar cu alte valori ai parametrilor care intervin. Spre exemplu, pentru analiza proceselor care însoţesc fenomenul de autoexcitaţie a generatoarelor electrice de curent continuu (c. c.) a fost elaborată şi aplicată de către autor în cadrul lecţiilor schema funcţională, prezentată în fig. 2. Aceasta tinde să urmărească succesiv procesele, luând în considerare îndeplinirea condiţiilor de autoexcitaţie. Se consideră funcţionarea în gol a generatorului de curent continuu cu excitaţie derivaţie, acesta fiind cel mai răspândit tip de generator de c. c.

De remarcat că autoexcitaţia (amorsarea) generatorului reprezintă nu altceva decât obţinerea tensiunii electromotoare de valori necesare la bornele acestuia şi este un proces tranzitoriu care se poate produce doar când sunt satisfăcute anumite condiţii, denumite de autoexcitaţie. Rezultatul acestui proces, de obicei, se prezintă prin caracteristica de funcţionare în gol ( )eife = . Dacă polii principali ai generatorului au un flux magnetic remanent

rФ , ca urmare a mişcării rotorului cu turaţia n , la bornele acestuia se obţine t. e. m. remanentă re , determinată cu relaţia rer nФKe = în care eK reprezintă constanta electrică a maşinii, dependentă de parametrii constructivi ai

acesteia. Sub acţiunea acestei t. e. m. în circuitul de excitaţie apare un curent de excitaţie t

re R

ei ≈0

, de valoare

mică, unde tR reprezintă suma rezistenţelor elementelor circuitului de excitaţie şi aceasta trebuie să fie mai mică decât valoarea critică ( crt RR < ). Solenaţia bobinei de excitaţie

0eeiw creează un flux de excitaţie Ф , care trebuie

să fie de acelaşi sens cu fluxul remanent rФ . Ca urmare, fluxul rezultant rezФ se majorează, astfel determinând creşterea t. e. m. ree > , iar aceasta la rândul său determină majorarea de mai departe a curentului de excitaţie

0ee ii > . Aceste procese se repetă ciclic la valori tot mai mari şi mai mari ale mărimilor care intervin. Procesul

tranzitoriu de creştere a t. e. m. e şi a curentului ei este descris de ecuaţia de tensiuni, în valori instantanee:

130

( )dt

iLdiRe etet += , în care tL este suma inductivităţilor proprii ale înfăşurărilor indusului şi inductorului. Procesul

de autoexcitaţie se încheie când ( )

0=dt

iLd et , situaţie în care 0Ee = şi ene Ii = .

Un ajutor substanţial îl pot aduce schemele funcţionale în cadrul studierii aprofundate şi temeinice a

fenomenelor în care se cere urmărirea unui lanţ de raporturi de cauzalitate şi efect, descrise cu mai multe relaţii. Se analizează circuitul din fig. 3,a cu care pot fi determinate experimental mărimile E şi r ale unei surse de curent (dependenţa ( )IfU = este reprezentată în fig. 3,b).Experimental se stabileşte că schimbarea poziţiei cursorului reostatului determină modificarea indicaţiilor ampermetrului şi voltmetrului. Raportul de cauzalitate şi efect este simplu: cauza modificării curentului în circuit şi a tensiunii pe diferite porţiuni ale acestuia este schimbarea poziţiei cursorului reostatului. În scopul verificării nivelului de înţelegere a acestor procese (a acestui raport de cauzalitate şi efect) se pune următoarea întrebare: cum s-au modificat indicaţiile aparatelor de măsurat dacă cursorul reostatului a fost deplasat din poziţia 1 în poziţia 2 (fig. 3,a)? Explicaţia integră poate fi redată cu schema funcţională prezentată în fig. 4 şi care necesită următoarele comentarii de concretizare. Deplasarea cursorului reostatului din poziţia 1 în poziţia 2 determină micşorarea lungimii active (parcurse de curent) a conductorului reostatului, deci se micşorează rezistenţa R a porţiunii active (parcurse de curent) a reostatului, dar aceasta conduce la majorarea curentului în circuit. Valoarea tensiunii măsurate de voltmetru se micşorează liniar (fig. 3,b).

Se analizează transportarea energiei electrice la distanţă, situaţie în care este avantajos să se folosească tensiuni înalte. A fost elaborată schema funcţională pentru cazul în care se pune condiţia ca pierderile de putere P∆ să rămână constante, schema fiind adusă în fig. 5. Dacă puterea activă care trebuie transportată este ϕIUcosP = , creşterea tensiunii liniei (de exemplu de la U la kU ( 1k > )), permite

micşorare de la I la kI a intensităţii curentului de linie, întrucât

(în condiţia în care const.P = şi const.cos =ϕ ):

PUIcoscoskIkU == ϕϕ . Micşorarea de k ori a intensităţii curentului

face posibilă micşorarea de 2k ori a secţiunii transversale CuS a conductoarelor liniei (considerate, pentru concreteţe, confecţionate din cupru). (Se va reţine că această micşorare este echivalentă cu majorarea lungimii liniei de 2k ori.) Posibilitatea micşorării secţiunii transversale a conductoarelor liniei este arătată în schema funcţională printr-o săgeată de efect ⇒ , însoţită de simbolul ∃ . Acceptarea acestei posibilităţi determină concomitent trei consecinţe, prezentate în schemă prin trei săgeţi de efect de acelaşi nivel. În primul rând, micşorarea secţiunii conductoarelor liniei determină o importantă economie de material conductor (micşorarea masei acestuia de k ori), deci o construcţie mai uşoară a liniei (spre exemplu, pentru liniile aeriene – număr mai mic de piloni, cheltuieli de transport reduse ş. a.). În al doilea rând, aceasta determină o creştere a rezistenţei electrice a liniei (de 2k ori). În final, aceasta nu determină o creştere a pierderilor prin efect Joule pe linia de

transport (datorită creşterii de la R la Rk 2 a rezistenţei conductoarelor liniei), deoarece: 2

222

kIRkRIP ==∆ .

Schema funcţională din fig. 5 reprezintă, de fapt, esenţa calculului liniei de transportare a energiei electrice, situaţie în care puterea transportată este constantă, calculul fiind realizat fără a deduce şi a detalia relaţiile. În aceste scopuri, precum şi pentru calculul liniilor când se impun alte condiţii (se dau valoarea pierderilor de tensiune pe linie sau densitatea admisibilă a curentului), pot fi consultate manualele de specialitate. În finalul lucrării, se fac concluzii despre avantajele care însoţesc folosirea schemelor funcţionale în cadrul predării/studierii electrotehnicii, însă scheme similare pot fi elaborate şi pentru alte discipline de studiu. De asemenea, se face o clasificare a schemelor funcţionale după câteva criterii.

131

MIJLOACE DE INVATAMANT VECHI SI NOI UTILIZATE IN LABORATORUL DE FIZICA

Autori: prof. drd..CHIORAN VIORICA – Gr. Şc ”C.D.Neniţescu” Baia Mare, România nevimada@yahoo.com prof. MICU FLORINELA, Revista de fizică”Evrica” Braila, România, evrikabraila@clicknet.ro

I„Mijloacele de învăţământ” reprezintă un concept pedagogic, desemnează totalitatea resurselor materiale special concepute şi realizate pentru a fi utilizate de profesor în activitatea de predare şi de elevi în cea de învăţare. Sunt proiectate astfel încât să determine perfecţionarea procesului de învăţământ în toate etapele sale: a)-comunicarea informaţiei (sunt suport pentru informaţie, materiale

audiovizuale); b)-elaborarea cunoştinţelor, asigurarea unei înţelegeri corecte şi rapide a acestora (materiale ilustrative, mulaje, modele, materiale intuitive); c) - formarea şi exersarea priceperilor şi deprinderilor necesare în viaţă (aparate de măsură şi control, dispozitive diverse); d) -corelarea cunoştinţelor cu experienţa de viaţă ( machete); e) -sistematizarea cunoştinţelor (planşe); f) - realizarea conexiunii inverse (soft didactic); g)- evaluarea rezultatelor învăţării (culegeri de probleme şi teste) h)- orientarea şcolară şi profesională a elevilor i)- perfecţionarea ergonomiei procesului de învăţământ prin raţionalizarea efortului depus de profesor, elev (mobilier adecvat).Au fost patru etape în evoluţia mijloacelor didactice: Etapa I - Etapa materialelor intuitive Etapa a II-a - Etapa materialelor didactice demonstrative Etapa a III-a - Etapa integrării experimentului în lecţia de fizică Etapa actuală - Instruirea asistată de calculator şi internetul Etapa I - Etapa materialelor intuitive Această etapă a durat aproape două secole (1779–1960) şi s-a caracterizat prin dotarea unor şcoli cu materiale intuitive şi un număr mic de aparate ce prezentau un grad de tehnicitate relativ scăzut şi funcţionare limitată. Spre exemplu, profesorul C.I.Sotu arăta, referindu-se la două dintre cele mai vechi şi repurtate licee ale vremii: „ toţi câţi am fost şcolari pe timpul meu ştim în ce mod am învăţat ştiinţele exacte. La liceul „Sf. Sava”erau pentru aceste studii, ca material didactic, o maşină pneumatică şi una electrică plus o colecţie de minerale şi câteva animale care stăteau închise într-o cameră şi cu perdelele trase, spre a nu se altera de lumină ”Aceeaşi dotare a găsit-o profesorul C.I.Sotu în 1875 la liceul„Matei Basarab”: colecţie de minerale, maşină pneumatică, un aparat Morse, elemente galvanice, un aparat Breguet. Această situaţie a durat până la jumătatea primului deceniu al secolului nostru când ministrul Spiru Haret a dispus vărsarea la bugetul „Casei Şcoalelor”a fondurilor necesare pentru dotarea şcolilor cu aparate şi substanţe chimice. Ca urmare în anul 1905 au fost dotate 19 gimnazii şi 31 de licee cu câte o colecţie de chimie alcătuită din 100 de substanţe chimice, sticlărie şi unele aparate şi instrumente simple (balanţă de mână, trepied, foarfece) pensete. În 1908, simultan cu introducerea noii programe de Fizică au fost importate 23 colecţii complete cu aparate şi accesorii pentru laboratorul de Fizică. Fiecare colecţie este compusă din 124 de piese necesare pentru studiul temelor: Hidrostatică, Pneumatică şi Hidromecanică, Electrodinamică, Magnetism, Optică şi Acustică, Puteri–Gravitate. În 1912 alte 28 de licee, care, la clasa a VIII-a începeau studiul experimental, au fost dotate cu o colecţie de Fizică şi chimie. Aceste importuri de aparatură confecţionată în scop didactic marchează trecerea la o nouă etapă în evoluţia mijloacelor de învăţământ din ţara noastră. Etapa a II-a - Etapa materialelor didactice demonstrative În anul 1924, urmărind realizarea de aparatură didactică pe plan intern, Ministerul Instrucţiunii Publice a înfiinţat mici ateliere care funcţionau pe lângă „Casa Şcoalelor”. În 1936 se confecţionau în ţară 16 aparate didactice pentru fizică şi chimie printre care: banc optic, electromagnet pe suport, maşină centrifugă, discul lui Newton, soneria electrică, balanţa. În 1950 se înfiinţează primele „Intreprinderi de material didactic”astfel s-au pus bazele producţiei industriale de aparatură de laborator. Timp de un deceniu s-a confecţionat aparatură relativ simplă, unifuncţională, necesară unor demonstraţii realizate de profesor. În 1961 se schimbă optica în concepţia asupra caracteristicilor constructive şi a necesarului de aparatură didactică. Astfel pentru Fizică s-au conceput şi realizat truse complexe pentru experienţe demonstrative efectuate în cadrul unei teme sau capitol: trusa pentru experienţe de căldură, trusa pentru experienţe de electrostatică, de emisie-recepţie. Proiectate într-o concepţie unitară, trusele erau alcătuite din aparate, instrumente, dispozitive unifuncţionale. Existau însă componente constructive multifuncţionale, ceea ce permiteau profesorului să realizeze demonstrativ un număr mare (40–50) de experienţe.Aparatura era astfel gândită încât să permită profesorului realizarea construcţiilor experimentale în plan vertical. Etapa a III-a - Etapa integrării experimentului în lecţia de fizică În anul 1990 concepţia de realizare a aparaturii de laborator a cunoscut modificări radicale. Astfel trusele de Fizică (chimie şi biologie) au fost proiectate pentru efectuarea experienţelor de către elevi. Fiecare trusă este compusă din mai multe module conţinând componentele necesare pentru şase grupe de elevi. Recent trusa pentru elevi, alcătuită din mai multe module, a fost reproiectată şi realizată sub forma trusei pentru o grupă de elevi. Grupa trebuie să fie constituită din 3-4 elevi, iar trusa este alcătuită din aparatură, instrumente, dispozitive şi componente cu ajutorul

132

cărora elevii din ciclul de învăţământ (gimnaziu şi liceu) realizează diferite montaje experimentale. Trusele se caracterizau printr-un înalt grad de tipizare a reperelor, miniaturizarea şi multifuncţionalitatea componentelor. În multe şcoli, prin dotarea laboratoarelor cu „mese speciale de lucru” cu 3-4 locuri, trusa s-a incorporat in masa de lucru şi ansamblul a fost numit „laboratorul grupei”. Trusa la dispoziţia elevilor a permis integrarea experimentului în lecţie. S-a modificat astfel optica aspra rolului experimentului în lecţia de Fizică, renunţându-se la experimente de ilustrare efectuate în lecţii speciale, după un număr de lecţii teoretice (lucrări de laborator). S-au confecţionat componente cu grad ridicat de precizie, ele constituiau trusa profesorului. Înainte de 1989 s-a desfiinţat „Didactica” Intreprinderea de material didactic din Bucureşti. După 1990 „Didactica” s-a reânfiinţat şi odată cu ea apar şi atelierele particulare care confecţionează aparatură didactică ( AlfaVega”din Satu Mare) „Ministerul a derulat, cu sprijinul Băncii Mondiale, un proiect de dotare cu material didactic a şcolilor din mediul rural şi urban. Etapa actuală - Instruirea asistată de calculator şi internetul . Revistele de fizică. Calculatorul electronic este un mijloc de învăţământ de la care procesul didactic, nu numai cel al fizicii, aşteaptă foarte mult. Instruirea asistată de calculator asigură posibilitatea individualizării procesului de instruire, personalizării actului de învăţare, parcurgerea secvenţelor de către utilizator în ritm propriu, controlul activităţii desfăşurate de către utilizator, motivarea utilizatorului, eliminarea timpilor morţi.. Internetul este un instrument extrem de util pentru informare şi schimb de idei. Integrarea mijloacelor de învăţământ în strategia didactică se face astfel încât să prezinte potenţial de activizare ridicat, se combină un mijloc de învăţământ cu potenţial de activizare mic, cu o metodă cu potenţial de activizare mare şi invers. Revistele de Fizică - mijloace didactice auxiliare eficiente în procesul didactic. Dacă înainte de 1990 erau reviste puţine dar de bună calitate (Kvant, Revista de Chimie–Fizică) după această dată au apărut foarte multe reviste editate de colective de elevi şi profesori. Cele mai cunoscute reviste de fizică pentru învăţământul preuniversitar acum se pot aminti revistele: „Evrika!”, „Fizică şi Chimie”, „Cygnus”, „Fizica şi tehnologiile educaţionale moderne”, „Adamachi”. II. Lucrările de laborator şi rolul lor în învăţarea fizicii 1.Laboratorul şcolar şi funcţiile acestuia “Laboratorul de fizică este locul în care ar trebui să se desfăşoare cea mai mare parte a activităţilor didactice, unde elevii se familiarizează cu tehnicile de lucru specifice, îşi formează un stil corect de investigare a fenomenelor prin participarea lor directa la efectuarea experimentelor, la interpretarea rezultatelor” Când elevii vin prima oară în laborator, li se prezintă dotarea laboratorului ca şi normele de protecţie a muncii şi li se cere o participare conştientă la lucrări şi grijă faţă de aparatură pentru a nu se expune la accidente. 2 Funcţiile laboratorului de fizică a) Să aibă o dotare corespunzătoare care să-i permită profesorului folosirea metodelor moderne şi active, de desfăşurare a experienţelor. b) Să asigure desfăşurarea lucrărilor de laborator de către elevi şi profesor. c) Să permită abordarea unor căi variate de studiu, cu metode şi mijloace care să confere o notă pasională activităţii experimentale (să crească motivaţia elevilor) 3. Dotarea laboratorului de fizică a) Principala dotare a laboratorului o constituie trusele de fizică. b) Există şi altă aparatură: instalaţii de vid, presa hidraulică, maşina electrostatică şi altele. c) Mai sunt materialele didactice confecţionate de profesor cu elevii. d) Unele laboratoare au calculator electronic şi conectare la internet. 4.Experimentul de laborator -observarea fenomenelor în condiţii simplificate, provocate de cercetător. Clasificare 1.După natura şi complexitatea activităţii: a) Experiment demonstrativ al profesorului; b) Experiment demonstrativ al elevului; c) Lucrări de laborator ale elevilor. 2 După scop lucrările de laborator pot fi: a) Lucrări de cercetare (elevul primeşte tema, stabileşte modul de lucru, prelucrează datele).b) Lucrări de verificare ( elevul trebuie să refacă singur lucrarea făcută anterior de profesor pentru a-şi forma deprinderile de lucru şi de observare) c) Lucrări euristice (elevul primeşte tema şi modul de lucru, face măsurători şi interpretează rezultatele) 3.După tematica lucrărilor de laborator pot fi: a) Lucrări de stabilire a unor legi fizice si a relaţiilor dintre mărimile care intervin b) Lucrări de reproducere şi studiere a fenomenelor (ciocniri elastice, inducţia electromagnetică) c) Lucrări de măsurare a unor mărimi şi constante fizice (căldura specifică, distanţa focală a lentilei,) d) Lucrări de cunoaştere a unor aparate şi instalaţii ( osciloscopul, transformatorul) 5. Etapele experimentului didactic– sunt considerate cele care determină crearea motivaţiei ce induce acţiunea şi gândirea experimentală la elevi, aceştia: a) pun problema ce urmează a fi soluţionată numai pe cale experimentală b) analizează situaţia şi pun ipoteze de lucru, c) concep montajul experimental şi propun modul de lucru, d) execută experimentul, fac măsurătorile, discută procedeele, prelucrează datele, e) verifică concluziile, le aplică condiţii noi.. 6. Funcţiile didactice ale experimentului a) funcţia de informare (legi, fenomene), b) funcţia de sistematizare a cunoştinţelor, c) funcţia aplicativă (formează priceperi şi deprinderi), d) funcţia de verificare / evaluare (la sfârşit de etapă) e) funcţia educativă (formează capacităţi intelectuale, creativitate, spirit de observaţie) 7.Fişele pentru lucrările de laborator –menţionează următoarele aspecte: a) tema lucrării b) aparate şi materiale necesare c) schema montajului experimental d) modul de obţinere a datelor experimentale e) tabel cu date măsurate, inclusiv relaţia finală de calcul f) concluzii extrase din interpretarea rezultatelor. Pentru lucrările individuale sau mixte, profesorul pregăteşte din timp o fişă de laborator (fişa de sarcini)pentru fiecare temă.. Bibliografie 1. Liliana Ciascai, Didactica fizicii, Ed. Corint, Bucureşti, 2001. 2.Emanoil Tereja, Metodică generală de predare: Fizica, Ed.Arc,2001.3.Anghel Sorin şi alţii, Metodica predării Fizicii, Ed.ARG -Tempus, Piteşti, 1995.

133

TRATAREA SISTEMICĂ A CONŢINUTURILOR Autori: prof.drd.CHIORAN VIORICA – Gr. Şc.”C.D.Neniţescu” Baia Mare,România nevimada@yahoo.com ; prof. MICU FLORINELA, Revista de fizică”Evrica” Braila, România, evrikabraila@clicknet.ro Abordarea sistemică reprezintă o metodă de studiu, analiză şi modelare, ce are la bază noţiunea de sistem. Această metodă modernă, a fost preluată din teoria sistemelor şi dezvoltată în informatică. Cunoştinţe ştiinţifice cu care se operează în învăţarea fizicii constă într-un conţinut noţional a căror componente se folosesc în dobândirea proceselor cognitive tipice pentru rezolvarea unor probleme teoretice împreună cu abilităţile experimentale. Numim „noţiuni de fizică”, componentele CN cu care se operează în mod curent la lecţiile de fizică şi considerate a fi fundamentale ca importanţă în înţelegerea fizicii. Componentele CN sunt date, fapte, noţiuni elementare, concepte, procese, legităţi, principii, aplicaţii ale acestora, teorii, operaţii (algoritmi) specifice unei metode de lucru. În ultimii 20-30 de ani s-a remarcat o evoluţie a categoriilor de informaţii care se folosesc la învăţarea fizicii. S-a ajuns la impunerea unor „operatori structurali” ca: sistem fizic SF (stare fizică) aflat în interacţiune, proces/fenomen fizic FF , legitate fizică LF (principiu, lege, teoremă, postulat), teorie fizică TF, mărimi fizice MF, aplicatie fizică APL Cu aceşti „operatori” s-au construit structuri cognitive prin relevarea relaţiilor existente între fapte, date, fenomene ce aparţin aceloraşi sau diferitelor domenii ale fizicii (Constantinescu, 1977, Petrescu & Petrescu, 1982, Marcus, 1987, Brody, 1995, Johsua&Dupin, 1989, 1991). Înţelegând cunoştinţele de fizică sub forma unor astfel de structuri se uşurează mesajul ştiinţific al profesorului, iar elevilor li se favorizează dezvoltarea gândirii sistemice, fluenţa procesului de învăţare şi transferul principiilor (cu funcţie de model) pentru însuşirea modelelor analoage din diferite domenii ale fizicii şi altor ştiinţe. Considerăm conţinutului noţional al fizicii (CN) ca un sistem ideatic având ca elemente unităţile cognitive operatori structurali enumeraţi deja. El respectă caracteristicile generale ale unui sistem consemnate în teoria sistemelor, conform schemei de mai jos: - are o structură dată de elemente componente şi de interrelaţiile dintre acestea,

- prezintă organizare ierarhică - alcătuit din sisteme de ordin inferior este element al unui sistem de ordin superior, - are caracter dinamic - recepţionează semnale şi influenţe şi elaborează reacţii de răspuns, - funcţionează cu un scop având finalităţi bine precizate şi realizate procesual prin contribuţia tuturor elementelor componente ale sistemului,

- eficienţa funcţionalităţii sistemului e dată de măsura în care subsistemele realizează scopul sistemului; Indiferent cum este făcută, intuitiv, explicit, organizat (după criterii) sau spontan, pe un suport sau nu, pentru a fi eficientă, analiza se desfăşoară pe etape: - descrierea sistemului de noţiuni cu elementele sale constitutive şi locul lor în sistem, - recunoaşterea ierarhiei sistemului, legăturile reciproce dintre componente, - detectarea coabitării sistemului ideatic studiat cu alte cunoştinţe, din alte domenii, (conexiuni intersistemice), - prezentarea raporturilor dintre însuşirile elementului (noţiunea fizică) şi întregului (rezultatul întregii abordări), - stabilirea finalităţii sistemului - utilitatea sa în structurarea conţinutului şi predarea sa accesibilă (împărţirea pe lecţii, echilibrul noţiunilor ca durată de predare, stabilirea numărului de probleme de rezolvat la clasă şi prin muncă independentă), corelarea tuturor operaţiilor didactice pentru un randament şcolar cât mai ridicat, - reliefarea caracteristicilor individuale care induc gradul de libertate în raport cu subordonarea integrativă a noţiunilor cuprinse în tratare, pentru predarea lor la lecţii. Respectarea acestor etape, pentru tratarea unui anumit conţinut ideatic cuprins într-o temă, implică o serie de operaţii didactice efectuate de profesor: recunoaşterea domeniilor în care vor fi folosite noile informaţii studiate. - recunoaşterea criteriilor de distribuţie a cantităţii şi calităţii informaţiei cuprinse în CN al fizicii pe cicluri şcolare; criteriile respectă teoriile fizice actuale în explicarea fenomenelor, folosind noţiuni şi concepte accesibile elevilor; - inventarierea noilor noţiuni, concepte, de studiat, selectându-le pe cele de bază cu caracter integrator, - depistarea legăturilor, interdependenţelor, determinărilor reciproce (ierarhiei interne), dintre aceste noi cunoştinţe şi cele deja însuşite; -identificarea cunoştinţelor de bază, deja dobândite, necesare integrării celor nou studiate; Fundamentarea epistemologică pentru o abordare didactică a SF o concentram in 3 afirmaţii: Prima afirmaţie: cunoaşterea în fizică şi învăţământul fizicii depinde de evoluţia reprezentărilor filosofice despre Univers. A doua afirmaţie: sistemul fizic e o noţiune fundamentală având rol de operator structural, rezultat al aplicării gândirii sistemice asupra conţinutului noţional. SF este operator structural legat de celelalte componente ale CN şi

reprezentat prin: „celula informaţională” „placa turnantă” -o înlănţuire logică între -- utilizată într-o analiză a conţinuturilor componentele CN pe ştiinţifice centrată pe SF pentru parcursul unei unităţi de dezvoltarea logicii fizicii, necesităţii învăţare, concepută introducerii celorlalte componente în vederea dezvoltării de CN.

134

logicii didactice. Afirmaţia a treia: nivelele de abstractizare şi generalizare atinse în cunoaşterea SF de către cei ce-l studiază (profesori, studenţi, elevi) depinde de: a) gradul de cunoaşterea la care s-a ajuns în prezent în fizică, b) forma didactică de abordare a fizicii în general, a SF în special şi c) condiţiile didactice concrete în care se desfăşoară studiul fizicii. Rezultatul unei astfel de analize a CN poate fi reprezentat printr-o schemă ce conţine o structură arborescentă alcătuită din componentele CN de studiat şi cele deja învăţate cu legăturile dintre ele. Stabilirea structurii sistemice a CN este ghidată de obiectivele învăţării fizicii. Schemele rezultate în urma tratărilor sistemice pornesc de la stabilirea SF avut în vedere şi de interacţiuni suferite de acesta în fenomenele fizice studiate. Schemele se desfăşoară respectând două criterii de bază: al subordonării după logica fizicii şi al echivalenţei conform logicii didactice, pentru diversele tipuri de noţiuni studiate. De exemplu, pentru unitatea de învăţare

BIBLIOGRAFIE 1.Modelări matematice şi computaţionale în ştiinţele naturii, Cursul de perfecţionare „Magister” –lector dr. Constantin Predescu, Univ. Babeş Bolyai, Cluj Napoca 2. Orientări contemporane în teoria şi practica predării, asist. univ. Ramona Giba, Univ. Babeş Bolyai, Cluj Napoca 3. Documentele Cercului pedagogic al profesorilor de fizică, Boga Ana, Leşe Mihaela,2006, Tg Lăpuş, Maramureş. 4.Bernardini, C. (1995): Thinking Physics for Teaching, Ed. al. Plenum Press, New York 5.Bohm, D. (1995): Plenitudinea lumii ordinea ei, Ed. Humanitas, Bucureşti 6.Brody, T. (1996): Fizică şi filosofie, Buc., Ed. Tehnică, Copyright, Springer-Verlach Berlin Heidelberg, 1993 7.Culianu, I.P., (1994), Eros şi magie în Renaştere 1484, trad. După Ed. Flamarion, 1984, Paris, Ed. Nemira, 8.Ferenczi, I., Lăscuş V. (1995): Conţinutul învăţământului în "Didactica modernă" coord. M. Ionescu şi I. Radu, Ed. Dacia, Cluj

135

Un proiect transfrontalier: Armononizarea sistemelor de evaluare şi evaluarea centrată pe competenţele elevilor

Ovidiu Florin Călţun

Universitatea „Al. I. Cuza”, Facultatea de Fizică, Iaşi, Romania

Atât România cât şi Republica Moldova se confruntă cu reforme prelungite ale sistemelor lor de

învăţământ. Fizica este o disciplină şcolară care a pierdut în ultimii zece ani foarte mult din simpatia tinerilor. Acestei descreşteri de interes i s-a adaugat neîncrederea părinţilor în corectitudinea cu care se desfăşoară evaluarea copiilor lor. Adminstratorii învăţământului doresc să aibă un sistem de evaluare care să cuantifice cu precizie nivelurile competenţelor atinse de elevi.

Eforturile de armonizare a diverselor modalităţi de evaluare preocupă multe cadre didactice atât din Romania cât şi din Moldova. Cu finanţarea Consiliului Naţional pentru Cercetarea din Învăţământul Superior din România CNCSIS (contract 1545 / 2005) un colectiv larg de profesori de fizică din României şi un colectiv entuziast de profesori din Raionul Glodeni, Republica Moldova a demarat o cercetare pedagogică care vizează procesul de evaluare şi modalităţile prin care aceste pot fi armonizate în scopul cuantificării corecte, consistente şi congruente a performanţelor elevilor din ciclul gimnazial şi liceal.

Programa şcolară prevede evaluarea cunoştinţelor şi deprinderilor la sfârşitul fiecărei unităţi de învăţare, aceasta implică un număr mare de note şi respectiv un volum mare de muncă pentru profesor. În egală măsură sunt solicitate resurse de timp şi materiale semnificative în activitatea de proiectare, administrare şi valorificare a probelor de evaluare.

Evaluare continuă are un caracter reglator de optimizare a procesului de învăţare în atingerea competenţelor specifice, de asemenea determină o învăţare sistematică şi coerentă. În foarte multe cazuri profesorii, mai ales cei de fizică, doresc să utilizeze probe de evaluare obiective uşor de aplicat şi transformat în note. Fizica este o ştiinţă exactă şi se presupune că itemii obiectivi pot descrie exact nivelul de performanţă al elevilor. Această ipoteză nu este întotdeauna uşor de obiectivat în practica evaluării. Testele obiective vin în completarea celorlalte forme de evaluare: orală, prin probe practice, prin lucrări scrise, cu ajutorul referatelor sau portofoliilor etc., prevăzute în matricea de evaluare a unităţii de învăţare sau a activităţilor din cursul anului şcolar.

În practica şcolară funcţie de criteriile de performanţă prevăzute în programa şcolară profesorul se face o planificare a numărului de itemi din test, pe nivelele cognitive crescătoare: cunoaştere simplă, înţelegere, analiză şi aplicare. Se stabileşte numărul de itemi. Pentru fiecare competenţă / obiectiv se formulează unul sau mai mulţi itemi obiectivi cu 4-5 variante de răspuns folosind verbele şi complementele directe corespunzătoare nivelului de cunoaştere urmărit (o modalitate de organizare a acestor nivele poate fi taxonomia lui Bloom). Analiza atentă şi ştiinţifică a rezultatelor aplicării testului trebuie să reflecte cât mai fidel nivelul de cunoaştere şi însuşire a cunoştinţelor dobândite în procesul de învăţare, eliminând pe cât posibil erorile de metodă.

În cadrul proiectului CNCSIS au fost administrate câteva zeci de teste la mii de elevi. Testele au fost centrate pe obiective / competenţe. Analiza ulterioară a rezultatelor a demonstrat că este dificil de conceput baterii de teste care să oglindească cu mare fidelitate performanţelor elevilor. O exprimare sintetică ar concluziona că este un drum lung de la formularea testelor până la cuantificare performanţelor elevilor provenind din diverse instituţii şcolare cu experienţe de învăţare diferite.

Elaborarea unor teste presupune o muncă susţinută şi perseverentă a unui colectiv de profesori care este necesar să anticipeze o gamă largă de comportamente ale elevilor evaluaţi. Munca lor de echipă poate pune la dispoziţia profesorilor baterii de teste care să poată evalua îndeplinirea obiectivelor programei şcolare. Profesorul care beneficiază de această resursă metodologică are la dispoziţie un instrument de lucru valoros. Ghidurile sunt rezultatul unei munci în echipă şi a testării itemilor pe un număr reprezentativ de elevi din diverse instituţii şcolare. În cadrul proiectului CNCSIS au fost elaborate şi se elaborează ghiduri de evaluare pentru toate capitolele fizicii atât pentru gimnaziu cât şi pentru liceu.

Proiectul a demonstrat că atât în România cât şi în Republica Moldova profesorii de fizică au disponibilitatea de a reforma sistemul de evaluare a elevilor şi sunt dispuşi să conlucreze pentru armonizarea acestora cu sistemele de evaluarea a tarilor membre ale Comunităţii Europene.

136

Avem soluţii de a contracara lipsa de interes a tinerilor pentru fizică?

Ovidiu Călţun

Facultatea de Fizică, Universitatea „Al. I. Cuza”, Bd. Carol I, nr. 11, 700506 Iaşi ROMANIA

Ultimii ani au demonstrat o descreştere îngrijorătoare a numărului de tineri care vin să se înscrie la Facultăţile

de Fizică din România. Situaţia este aceeaşi în multe ţări europene şi începe să preocupe asociaţiile profesionale şi factorii de decizie de politică educaţională. Sunt multe iniţiative regionale care încearcă să analizeze adevăratele cauze ale lipsei de interes a tinerilor pentru ştiinţele exacte. Analizele făcute în ultimii ani au demonstrat că numărul studentilor din universitati a crescut în cifre absolute dar numărul studenţilor care aleg să studieze ştiinţele exacte este în scădere. Scăderea este mai drastică pentru specializările matematică şi fizică. Ca o rimă concluzie este necesar un studiu atent al acestui fenomen şi al repercursiunilor pe care l-ar putea avea asupra dezvoltării unei societăţi bazate pe cunoaştere şi tehnologie. Din păcate datele disponibile nu sunt armonizate la nivel european şi este dificil de interpretat fenomenul la nivel global. Este important de stabilit nişte indicatori care ar puntea cuantifica lipsa de motivaţie a tinerilor şi în baza cărora să se poată da o interpretare corenta şi consistentă a tendinţelor de evoluţie. Se constată că numărul numărul femeilor angajate în învăţământul superior şi cercetare a crescut în ultimii ani, în ciuda faptului că de foarte multe ori procentul fetelor nu depăşeşte 40% din numărul total al studenţilor de la specializările de ştiinţe exacte. Acest număr mic de studente trebuie privit din perspectiva pe stereotipică cu care societatea adresează cariera ştiinţifică. Se pare că o manieră aproape sigură de a creşte numărul studenţilor de la specializările ştiinţe exacte şi inginereşti este de a atrage mai multe fete spre studii de specialitate cu garanţia că pot să evolueze profesional într-un domeniu tehnologic de vârf. Elevii şi studenţii se orientează profesional funcţie de interesul pe care îl manifestă faţă de o disciplină şcolară anume şi funcţie de calitatea experienţelor de învăţare de la disciplinele respective. Este foarte important conţinutul cursului şi modul în care se desfăşoară activităţile de învăţare. Contactul şi experienţele pozitive de instruire avute la o vârstă fragedă pot creşte interesul tinerilor pentru studiul fizicii. Experienţe negative, strategii greşite pot influenţa negativ tinerii atunci când se pune problema alegerii unei profesii în domeniul fizicii sau ştiinţelor exacte. Când se pune problema recrutării de tineri Fizica intră în concurenţă cu discipline sau direcţii de formare noi cu denumiri interesante şi oferind mai multe oportunităţi pe piaţa muncii. În orientarea profesională a tinerilor mai intervin şi alţi actori: mass media, societatea civilă, organizaţiile profesionale, antreprenorii şi oamenii de afaceri. Fizica s-a considerat un domeniu de sine stătător cu consistenţă şi nu a dat o deosebită atenţie imaginii sale. În folclor Fizica se face vinovată de multe din relele care marchează societatea: armele de distrugere în masă, incălzirea globală, robotizarea şi în consecinţă şomajul etc. Acesta este motivul pentru care Fizica trebuie să aibă o relaţie foarte corectă cu mijloacele de informare şi să încerce să propage o imagine corectă asupra beneficiilor pe care le aduce dezvoltării şi evoluţiei societăţii.

Cunoaşterea insuficientă a domeniului stiinţă şi tehnică poate influenţa negativ formarea iniţială a tinerei generaţii. Anchetele au demonstrat că mulţi dintre învăţătorii din şcolile elementare din Europa nu au competenţe şi nici formare profesională în domeniul ştiinţific. Ei nu au cum să promoveze metode care caracterizează demersul ştiinţific coerent şi nu au cum să stârnească interesul copiilor pentru ştiinţă. Din contră uneori ei recunosc că nu au competenţe şi propagă ideea că ele nici nu ar fi foarte necesare. Învăţătorii şi profesorii ar trebui să reactualizeze cunoştinţele lor în domeniu prin stagii de formare continuă în care să le fie prezentate celemai noi cuceriri ale ştinţei şi tehnicii care constituie chestiuni de interes pentru tineri. Profesiile din domenul ştiinţelor evoluează foarte rapid şi cei care se ocupă de orientarea profesională a tinerilor ar trebui să fie informaţi cu privire la direcţiile în care oportunităţile de angajare evoluează.

În foarte multe ţări europene în formarea iniţială a profesorilor de fizică se pune accent pe conţinuturile ştiinţifice ale disciplinei fizică şi mai puţin pe pedagogie, psihologie şi didactică specială. De asemenea concursurile de titularizare sunt centrate pe cunoştiinţele de specialitate şi mai puţin pe modul în care profesorul predă la clasă. Sunt foarte multe ţări europene în care nu este solicitată o formare complementară funcţie de instituţia şcolară în care profesorul de fizică urmează să îşi desfăşoare activitatea. O dată intrat în sistem candidatul este considerat capabil să educe îndiferent de particularităţile de vârstă, culturale etc. ale colectivelor de elevi cărora se adresează. Acesta este unul dintre motivele principale ale abandonului şcolar şi a lipsei de motivaţie a elevilor.

Articolul încearcă să detalieze toate aceste problematici şi să identifice posibilele soluţii. Profesorii au nevoie de resurse de formare adecvate care să asigure o perfecţionare continuă a competenţelor lor profesionale. Acestor resurse trebuie să li se aduage recunoaştere socială şi retribuţii motivante.

137

O altă posibilitate de demonstrare a formulei lentilei subţiri

Eugen Gheorghiţă, Pantelei Untilă, Vasile Spînu *

Universitatea de stat Tiraspol, MD- 2069, Moldova, Chişinău, str. Gh. Iablocichin 5

E-mail: Gheorghitae_ust@yahoo.com

* Liceul Teoretic „Ion Vatamanu”MD-2037, Moldova, or. Străşeni, str. D. Cantemir 26

E-mail: vasile.spinu@personal.ro

În cursul liceal de fizică un loc deosebit în modulul optica geometrică ocupă studierea oglinzilor, lentilelor,

sistemelor optice, precum şi analiza domeniilor de aplicaţie. Curriculum liceal la fizică prevede studierea sistemelor

optice, în principiu alcatuite din lentile subţiri. Se demonstrează formula lentilei subţiri folosind concepţia razelor

de lumina paraxiale, pentru care sinα ≈ α, tgα ≈ α, cosα = 1 şi condiţia cînd razele de curbură a lentilei sunt egale.

R1= R1= R. În lucrarea dată se pune în discuţie o alta posibilitate de demonsrarea a formulei lentilei subţiri R1≠ R1 fără a

folosi concepţia razelor paraxiale în baza principiului Fermat, care după cum demonstrează practica noastră de

lucru, este mai accesibilă din punct de vedere didactic.

Se analizează două cazuri de demonstrare: lentila biconvexă şi lentila biconcavă. Se propune in baza

principiului Fermat şi o modalitate de obţinere a formulei lentilei groase din care la limită, la fel, se obţine formula

lentilei subţiri.

Metoda propusă a fost experimentată la studierea cursului liceal de fizică de către studenţii anului – I (liceal) a

universităţii de stat Tiraspol cu sediul la Chişinău, precum şi în cadrul unui curs opţional pentru elevii liceului „Ion

Vatamanu” din or. Străşeni. Cu elevii dotaţi s-au rezolvat un set de probleme de performanţă. Analiza

experimentului pedagogic realizat confirmă o insuşire mai profundă a acestui modul cu eficienţă didactică

aproximativ de 20% mai majoră decît în clasa de control.

Considerăm că acest experiment pedagogic poate să prezinte interes pentru profesorii de fizică din ţară şi

pentru elevii dotaţi în fizică.

138

OPINII PRIVIND CONŢINUTUL MANUALELOR DE FIZICĂ DESTINATE SECOLULUI XXI

Dan-Alexandru Iordache*

*Catedra de Fizică II, Universitatea “Politehnica” din Bucureşti, România

Sunt bine cunoscute dificultăţile deosebite întâmpinate în prezent de predarea Fizicii în ţările democratice, datorate uneori şi manualelor de Fizică, incorect structurate [1]. Acest lucru a făcut ca mulţi laureaţi ai premiului Nobel pentru Fizică să manifeste şi preocupări susţinute pentru studiul problemelor actuale ale predării Fizicii în Universităţi şi în învăţământul preuniversitar. Dintre investigaţiile efectuate în acest sens de laureaţi ai premiului Nobel pentru Fizică, apreciem că prezintă un interes deosebit studiile realizate de profesorii Leon Lederman (iniţiatorul în anii 1970 al programului “Hands on”, pentru antrenarea elevilor din şcolile elementare şi chiar grădiniţe în abordarea unor teme elementare ale ştiinţelor naturii [2]), Georges Charpak (iniţiatorul în Franţa [3], în jurul anului 1995, al programului “La main à la pâte”, echivalent cu “Hands on”), Franck Wilczek [4], Carl Wieman [5], etc.

Încercând să elaborăm un manual de Fizică de actualitate, am ajuns la concluzia [6] că manualele destinate acestui secol trebuie să fie caracterizate de:

a) o bună cunoaştere a principalelor rezultate ale Fizicii din ultimul secol (în primul rând a celor recunoscute prin acordarea de premii Nobel), inclusiv prin rezolvarea unor probleme studiind unele detalii esenţiale ale unor lucrări distinse cu premii Nobel pentru Fizică [7],

b) utilizarea unor definiţii moderne ale noţiunilor şi mărimilor fizice de bază (timpul, viteza, coordonatele spaţiale, impulsul, masa efectivă, etc),

c) o selecţie judicioasă a tematicii abordate, pornind de la recomandările organizaţiilor europene de specialitate: European Physical Society (EPS) şi European Physics Education Network (EUPEN) [8], Société Éuropéenne pour la Formation des Ingénieurs (SEFI) şi Conference of European Schools for Advanced Engineering Education and Research (CESAER) [9], precum şi de la studiul structurii manualelor americane de Fizică publicate în anii de început ai acestui secol [10],

d) prezentarea accesibilă a principalelor aplicaţii ale temelor studiate în domenii de actualitate ale ştiinţei şi tehnicii: (i) în biofizică, (ii) medicină, (iii) tehnologii industriale, etc,

e) prezentarea principalelor tendinţe ale dezvoltării Fizicii în secolul XXI, prin utilizarea şi aplicaţiile în domeniile: (i) nanotehnologiilor, (ii) fizicii asistate de calculator, (iii) surselor noi de energie, etc.

f) studiul Complexităţii, Universalităţii şi interdisciplinarităţilor cu: (i) alte ştiinţe ale naturii (îndeosebi Chimia şi Biologia), (ii) Ştiinţele economice, (iii) Ştiinţele sociale, etc. [11],

g) prezentarea succintă a unor elemente de Istoria fizicii, care să ajute pe profesori şi elevi să înţeleagă mai bine etapele dezvoltării Fizicii, precum şi stadiul atins în acest secol, cu exigenţele sale specifice [12]. Referinţe [1] a) Ian Glynn “Putting children off physics” (Ian Glynn consideră că manualele inadecvate reprezintă una dintre

principalele cauze ale scăderii drastice a interesului elevilor pentru Fizică), Physics World, November 2005; b) http://physicsweb.org/articles/world

[2] Leon Lederman, Speech at the Conference on the Teaching of Modern Physics, în “Quarks, Quasars and Quandaries”, Proceedings of the Conference on the Teaching of Modern Physics, April 24-27, 1986, American Association of Physics Teachers, College Park, MD, pp. 221-223. [3] a) Georges Charpak “La main à la pâte”, Flammarion, 1996 (lucrare tradusă deja în limbile Chineză, Arabă, Vietnameză, Sârbă şi Portugheză); b) Georges Charpak “Enfants, chercheurs et citoyens”, Éditions Odile Jacob, 1998; c) G. Charpak, P. Léna, Y. Quéré “Les enfants et la science”, Éditions Odile Jacob, 2005.

[4] Franck Wilczek “Total Relativity: March 2004”, Physics Today, April 2004. [5] C. Wieman, K. Perkins “Transforming Physics Education”, Physics Today, 58(11) 36-41, 2005.

139

[6] E. Bodegom, D. Iordache “Predarea Fizicii în Universităţile tehnice şi evoluţia Fizicii în ultimul secol”, Evrika, 16(189-190) pag. 67-84, Mai-Junie 2006.

[7] D. Iordache, R. Pop "Culegere de probleme de Fizică (de la Olimpiadele de Fizică spre premiile Nobel în … probleme de Fizică), vol. II (Fizica modernă), Editura "Radical", Craiova, 1997.

[8] H. Ferdinande, A. Petit (editori) “Inquiries into European Higher Education in Physics”, în cadrul European Physics Education Network (EUPEN) series, Gent University, 1997-.

[9] Günter Heitmann, Aris Avdelas, Oddvin Arne “Innovative Curricula in Engineering Education” (in frame of E4 Thematic Engineering Education in Europe), Firenze University Press, 2003.

[10] a) P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz, S.T. Thorton “Physics for Scientists and Engineers”, 3rd edition, 2005, Prentice Hall, Englewood Cliffs; b) R. D. Knight “Physics for Scientists and Engineers: a Strategic Approach with Modern Physics” (42 chapters, 1596 pages), 2003, Benjamin/Cummings; c) D.C. Giancoli “Physics for Scientists and Engineers”, 3rd edition, 2000, Prentice Hall; d) R.A. Serway “Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics”, 2000, Saunders College Publishers.

[11] D. A. Iordache, V. Iordache “Study of some complexity features in Physics of materials”, Proceedings of the 6th General Conference of the Balkan Physical Union, Istanbul, Turkey, (August 22-26, 2006), AIP (American Institute of Physics) Conference Proceedings 899, 2007, pp. 255-256.

[12] Claus D. Hillebrand “Nobel century: a biographical analysis of physics laureates”, Interdisciplinary science reviews, 27, 87-93(2002).

140

Experimentul de laborator cu caracter de cercetare în cursul liceal de fizică Vasile Spînu

Liceul teoretic „Ion Vatamanu” MD-3701, Moldova, or. Străşeni, str. D. Cantemir 26

E-mail: vasile.spinu@personal.ro

Curriculumul liceal la fizică în derulare prezintă o clasificare a practicumului de laborator. Nivelul A- propune un set de lucrări de laborator cu caracter de cercetare pentru anumită categorie de elevi. Lipsa de utilaj contemporan şi costul lui respectiv pune profesorii de fizică în anumite situaţii specifice în realizarea acestui compartiment.

În această lucrare baza experimentului pedagogic realizat în condiţiile liceului se pune în discuţie un set de lucrări de laborator cu caracter de cercetare din modulul „optica geomtrică”, folosind utilajul confecţionat cu ajutorul elevilor din materiale simple. Pe parcursul ultmilor 3 ani de lucru în liceu pentru elevii dotaţi se susţine un curs opţional „Laserii, principiul de funcţionare, aplicaţii”. Statistica acestui experiment evidenţiază un deosebit interes al elevilor faţă de concepţiile fizicii ce determină varietatea laserilor şi domeniilor lor de aplicaţie.

În acest context se analizează şi diferite LED-uri ca surse de lumină. Avînd această pregătire teoretică am plecat la formarea setului de lucrări de laborator cu caracter de cercetare îndeplinit cu elevii. Au fost perfectate şi realizate următoarele lucrări de laborator cu caracter de cercetare:

- Studierea experimentală a caracteristicilor de bază a unui laser (He-Ne) şi a unui LED; - Determinarea experimentală a indicelui de refracţie şi dependenţa lui de temperatură, de concentraţia

soluţiei şi de structura chimică a substanţei; - Studierea experimentală a polarizării luminii şi fenomenul de difracţie şi interferenţă. După realizarea acestor lucrări s-a făcut şi evaluările respective. Evaluările confirmă o eficienţă a cunoştinţelor

elevilor aproximativ (20 ÷ 30) % mai majoră decît în clasele de control.

141

CONSIDERAŢII PRIVIND ŞCOLARIZAREA ÎN ÎNVĂŢĂMÂNTUL PREUNIVERSITAR

Iulia Malcoci

Consiliul Suprem pentru Ştiinţă şi Dezvoltare tehnologică al Academiei de Ştiinţe a Moldovei

În lucrarea de faţă vor fi expuse unele argumente privind vârsta de şcolarizare a elevilor în învăţământul primar, numărul optim de elevi la diferite trepte de învăţământ, numărul de ore rezervate în planul de învăţământ, precum şi dozarea materiei de studiu în diferite clase la fizică şi astronomie. Materia va fi expusă şi în contextul rolului fizicii în dezvoltarea multilaterală a individului pentru o cultură generală şi deprinderi elementare în viaţa de zi cu zi, precum şi în scopul îmbrăţişării unei sau altei profesii.

Se va analiza studiul interdisciplinar al fizicii.

142

ŞCOALA, SOCIETATEA, ORGANELE DE DECIZIE ŞI FIECARE DIN NOI

dr. Iulia Malcoci

Consiliul Suprem pentru Ştiinţă şi Dezvoltare Tehnologică al Academiei de Ştiinţe a Moldovei iumalcoci@yahoo.com

„Şcoala nu face profeţi şi oameni geniali, Şcoala face cărturari şi profesionişti” (Tudor Arghezi)

Pe timpuri se spunea despre oameni ca au şapte ani de-acasă. Apoi se spunea că au patru clase.

Aceste pături sociale cu şapte ani de-acasă şi cu patru clase aveau un statut deosebit în societate. Erau oameni inteligenţi, culţi de la care puteai primi un sfat, o povaţă.

Învăţătorii aveau şapte clase, dar instruiau elevii cu atâta profunzime, calm. Obiectivele învăţământului erau realizate, ţinându-se cont de particularităţile de vârstă, de capacităţile individuale ale elevului.

Dacă e să ne referim la zilele de azi, întâlnim persoane cu două-trei facultăţi absolvite, dar gradul de inteligenţă, de cultură şi chiar nivelul de cunoştinţe în domeniul corespunzător lasă de dorit. Nici măcar gândirea, vorbirea nu este coerentă. Nu pot să se implice cu tact şi în cunoştinţă de cauză în diferite discuţii, soluţionări de probleme ad-hoc etc.

Care o fi cauza? Suntem oare în prezent la începutul acelei spirale, după care se dezvoltă societatea? Sau poate continuăm să ne mai rostogolim până acolo? Întrebări mai multe, dar care ar fi răspunsul? Cred că e goana după averi deşarte. Generaţia mea a muncit mult pentru o bucată de pâine, linişte şi pace. Dar cei drept, unii părinţi le-au creat copiilor condiţii „pentru o copilărie fericită”. Nu-i prea puneau să muncească, zicând că au muncit ei înşişi destul. Astfel, ne-am ales cu un soi de oameni despre care se spune că în copilărie au trăit pe contul părinţilor, iar la maturitate – pe contul copiilor. Şi mai drastică este plecarea părinţilor peste hotare, lăsând copii pe seama buneilor, rudelor sau chiar a unor prieteni. Desigur este o scuză: au plecat pentru a le asigura o bucată de pâine. Însă la o examinare mai atentă a problemei, te convingi că în majoritatea cazurilor aveau o bucată de pâine. S-au dus în lume pentru a-şi construi garduri, case cu două-trei etaje, a procura televizoare de ultimă generaţie etc. Cu nici un preţ, nu-şi vor recăpăta dragostea şi respectul copiilor părăsiţi, care de multe ori se transformă în consumatori de bunuri fără cel mai mic efort. Succesele la învăţătură a majorităţii copiilor lăsaţi în supravegherea altora sunt mai puţin decât modeste.

Pentru toate timpurile şcolii i-a revenit un loc aparte în societate, dar nu ultimul. Din păcate acum rolul şcolii este aproape neglijat, pornind de la salariile mizere ale dascălilor până la conţinutul instruirii.

Şi totuşi exista dascăli care muncesc cu adevărat, altoind discipolilor dragostea de carte, muncă, aprecierea a tot ce are valoare nu numai materială. Pentru o realizare eficientă a scopului măreţ al învăţământului preuniversitar de a educa oameni care vor îmbrăţişa cele mai diverse profesii, vor crea familii şi vor educa generaţii este necesar de a elabora programe şcolare ce ar asigura continuitatea învăţământului nu doar declarativ. De exemplu, copiii frecventează grădiniţa unde învaţă să scrie şi să citească. Consider că aceste obiective sunt ale învăţământului primar. Mulţi copii, venind în clasa I-i, se plictisesc sau şi mai rău se dezvaţă să muncească. La început ştiu totul, le pare totul simplu, acasă nu au prea multe de făcut şi când ajung la materii mai serioase nu mai pot să soluţioneze anumite probleme. Copilul trebuie deprins cu munca de mic şi să ştie că orice frază trebuie acoperită de o anumită acţiune, faptă. Elevul trebuie să fie format şi să obţină deprinderi în şcoală care îi vor permite să înveţe pe parcursul întregii veţi.

Pentru aceasta factorii de decizie nu trebuie să lase învăţământul pe mâna experimentatorilor. Sau să experimenteze unele reforme numai pe hârtie, căci hârtia rabdă, iar repercusiunile grave ale experienţelor nechibzuite le suportă întreaga societate.

Din experienţele inutile, puse încă în şcoala sovietică aş menţiona şcolarizarea în masă la vârsta de şase ani, precum şi învăţământul primar de trei ani. Acesta a fost o acţiune nechibzuită a unor

143

„cercetători” care au obţinut titlul de doctori în ştiinţe, însă de repercusiuni nu a purtat nimeni răspundere. Consider, că un copil este pregătit de a merge la şcoală la vârsta de şapte ani, desigur cu unele excepţii.

O modificare nereuşită în învăţământ, în opinia mea, este şi trecerea la învăţământul obligator de nouă ani. Analizând conţinutul instruirii preuniversitare, din diferite perioade ajung la o singură concluzie: învăţământul obligator trebuie să dureze 8 ani (patru ani învăţământul primar şi alţi patru cel gimnazial). În această perioadă copilul pe deplin îşi manifestă capacităţile, interesele, posibilităţile. Apoi să fie admişi la licee toţi absolvenţii cu reuşită bună la învăţătură (fără plan de admitere) şi care doresc să-şi continue studiile în învăţământul liceal. Cei neadmişi la liceu, în mod obligator să continue 2 ani de zile studiile privind obţinerea profesiei la alegere. Desigur accentul trebuie pus pe o asigurare certă a continuităţii între diferite trepte de învăţământ şi posibilităţi de perfecţionare a măiestriei profesionale continue.

Nu mai puţin important este numărul de elevi în clasă pentru o instruire eficientă. Am lucrat cu clase de copii cu un număr de la 3 până la 44 de elevi. Am lucrat cu o clasă din 3 elevi la profilul real. Erau copii extraordinari, însă nu rezistau la 6 ore pe zi, la care permanent erau în atenţia profesorilor. E o idee greşită şi atunci când se consideră că dacă sunt mai puţini copii în clasă ei pot fi întrebaţi mai des şi notaţi în catalog. Nu. Notarea trebuie efectuată după anumit modul, când elevii au acumulat anumite cunoştinţe, deprinderi, desigur cu anumite excepţii. Totodată, nu contează câţi elevi sunt în clasă când se explică materia nouă, când se demonstrează anumite fenomene, când se scriu lucrările de control etc. Timpul este acelaşi. Numărul optim de elevi într-o clasă pentru un învăţământ performant este de 20-25. Pedagogii demult şi-au spus cuvântul în această privinţă, dar... Am examinat starea de lucruri într-o clasă unde erau 46 de elevi (clasa I – III). Circa 20 la sută din copii nu puteau scrie şi chiar citi. Cât priveşte scrisul pot spune că este şi astăzi o problemă.

Predând la ciclul liceal am descoperit că mulţi elevi scriu cu litere de-o şchioapă, unii scriu cu litere de tipar, iar o a treia categorie (destul de mulţi după mine) pictează literele cu mâna stângă. Aceştia din urmă scriu foarte greoi şi incomod, nu văd literele de sub mână. Toate acestea pentru mine au o explicaţie: a lipsit învăţătorul în clasele primare, care ar fi luat mâna copilului şi ar fi rotunjit literele corect. Intr-adevăr mulţi elevi nu scriu literele continuu, deoarece unele litere le scriu contra acelor de ceasornic, altele după acul ceasornicului. Un rol deosebit le revine părinţilor. Mulţi copii scriu cu mâna stângă, deoarece atunci când a pus prima dată mâna pe lingură sau pe creion „nu au fost alături” cei maturi.

O altă problemă, nu mai puţin importantă, pentru invăţământul eficient îl constituie conţinutul materiei de studiu. Ultima generaţie a manualelor de fizică pentru instituţiile de învăţământ preuniversitar din Republica Moldova este scrisă fie de persoane care nu au predat lecţii la careva treaptă de învăţământ, fie au predat în temei în instituţiile de învăţământ superior, fie chiar nivelul lor de instruire lasă de dorit mai mult. Astfel, unele manuale conţin erori gramaticale şi ştiinţifice, iar altele sunt expuse la nivelul fizicii generale pentru universităţi. Unele manuale constau doar din întrebări, definiţii, concluzii fără a se explica fenomenul. În urma utilizării unor astfel de manuale, îţi face impresia că fizica constă din formule în care trebuie să introduci doar datele. O altă categorie de manuale descrie fenomenele pe pagini întregi, obosindu-i pe elevi şi chiar luându-le ceva timp pentru a înţelege cele expuse. O atare stare de lucruri nu poate altoi dragostea elevilor faţă de disciplina fizica.

O atare situaţie în opinia noastră se va menţine atât timp cât conducerea ministerului de resort nu va avea o concepţie clară privind şcolarizarea, obiectivele şi conţinutul materiei de studiu la fiecare treaptă de învăţământ, precum şi până se va înţelege că nu toţi angajaţii ministerului pot fi autori de manuale şcolare. Dar şi până când societatea civilă, părinţii nu vor fi interesaţi de conţinutul instruirii, aşa cum s-a întâmplat în cazul introducerii noii discipline şcolare „Deprinderi de viaţă”.

144

SOLAR RADIANCE MEASUREMENTS DURING 22o CIRCULAR HALO OBSERVATIONS IN KISHINEV ON MAY 21, 2007

A. Aculinin1, G. Gilca2

1)Atmospheric Research Group (ARG), Institute of Applied Physics, 5 Academiei Str., Kishinev, MD-2028,

Moldova; phone: 738187, fax: 738149; e-mail: akulinin@phys.asm.md 2) Monitoring Department of Environmental Quality, State Hydrometeorological Service, 193 Grenoble Str.,

MD-2043, Moldova; phone: 766855; e-mail: gabrielg@mail.ru

On May 21, 2007 over the Kishinev city it was observed 22o circular halo (see Fig. 1). The halo is very beautiful natural phenomenon but it cannot be considered as an infrequent one among the other optical phenomena in the atmosphere. Specific meteorological conditions are only responsible for the halos appearance. Millions of ice crystals in the high cirrostratus cloud at the height of more than 6 kilometers above the Earth surface form the halo and this cloud is on the advancing edge of warm fronts in atmosphere. Halos appear in skies often enough and they can be seen on average twice a week in Europe and in some parts of the United States. Halo represents a colored ring of 9o, 18o, 22o, 46o, and 90o around the Sun. But the most frequent halo has 22o circle. The variety of halos and accompanying complex optical phenomena such as parhelic circles, arcs, Sun pillars, etc. are due to form of crystals (hexagonal ice pillars and plates), size and their orientation. The inner edge of the circle for each of halos is colored in red. Hexagonal prism crystals (pillars and plates) with an effective size (diameter) of 15-50µm are suspended in air and they have poor orientations. The rays passing (with refraction and dispersion) through two prism side faces inclined 60° to each other produce the 22o halo.

Fig 1. Photo of the coloured 220 circular halo has been made at the Kishinev station #7 of the State Hydrometeorological Service on May 21, 2007. At the right side of the image it can be clearly seen the faint arc which is a part of the parhelic circle observed during the halo episode.

Fig. 2. Result of computer modeling the of 220 circular halo phenomenon. The image of the halo is presented in grey scale and as negative one. Numerical ray tracing consists of 108 rays. Sun was centered for camera view. Principal and almucantar planes are designated with symbols (P-P) and (A-A). Parhelic circle is marked with symbols PC.

Numerical ray tracing in computer modeling of 22o circular halo was fulfilled with using of the HaloSim

software (http://www.sundog.clara.co.uk/halo/downld.htm ). It was used of 108 rays in modeling and results of modeling are shown in Fig. 2. The image of modeled halo has a colored circle, but here it is presented in a grey scale and it is negative one. It can be clearly seen the resemblance between the observed halo (Fig.1) and results of halo computer modeling (Fig.2), in particular the solar radiance distribution pattern and the presence of the faint arc which is a part of the parhelic circle (PC).

145

Sun and sky radiance measurements with sunphotometer Cimel CE-318 are fulfilled at the ground solar radiation monitoring station within the framework of the international Aerosol Robotic Network (AERONET) programme, managed by NASA/GSFC. In the course of time of the 22o halo observation direct sun radiance and sky radiance in the almucantar and principal planes were carried out with sunphotometer. Variability of sky radiance measured with sunphotometer in principal (P-P) and almucantar (A-A) planes are shown in Fig.3 and 4. Position of the halo’s circle is clearly seen at both figures and it is marked with the arrow.

Fig. 3. Variability of sky radiance measured with sunphotometer Cimel-318 in principal plane indicated in Fig. 2 as (P-P).

Fig. 4. Variability of sky radiance measured with sunphotometer Cimel-318 in almucantar plane indicated in Fig. 2 as (A-A).

Angstrom exponent α440_870 and aerosol optical depth τa(500) at λ=500 nm were derived from sun/sky

radiance measurements during the period of halo observations from 11:00GMT to 12:00GMT. These characteristics amounted to α440_870 ~0.2 -0.3 and τa(500)~ 0.28 (from AERONET database v.2 Level 1.0), taking into account that their daily mean values were <α440_870>~ 0.8 and < τa(500)>~ 0.15. Low value of α440_870 is evidence of the presence of large particles in atmosphere, namely in the cirrostratus clouds, which were clearly observed. Values of particle effective radius of the volume size distribution function have been retrieved from direct solar radiance measurements carried out in 09:03GMT and 12:03GMT. Estimations of the effective radius of cloud particles (spheroidal model was used in retrieving procedure) amounted to ~ 3.9 µm and ~ 5.1 µm, respectively . Relatively large value of aerosol optical depth τa(500) confirms the fact of solar radiation extinction by thin semitransparent cirrus clouds consisting of large particles.

146

TOTAL OZONE CONTENT IN ATMOSPHERE COLUMN AT THE KISHINEV SITE: COMPARISON WITH THE EP TOMS AND AURA OMI OZONE

RETRIEVALS

A.Aculinin, V.Smicov

Atmospheric Research Group (ARG), Institute of Applied Physics, 5 Academiei Str., Kishinev, MD-2028, Moldova;

phone: 738187, fax: 738149; e-mail: akulinin@phys.asm.md

Since 2003 for the first time in Moldova regular measurements of total ozone content (TOC) in column of atmosphere are being fulfilled. The study was conducted at the ground-based solar radiation monitoring station at the Institute of Applied Physics using a hand-held microprocessor controlled MICROTOPS II ozonometer. Ozone measurement technique is based on the differential optical absorption of the direct solar UV radiance. Measurements of direct solar UV radiance and retrieving of total column ozone content are fulfilled with MICROTOPS using three UV channels: λ=305.5, 312.5 and 320.0 nm. Total column ozone is deduced from the ratio of direct solar UV radiance measured at two wavelengths, 305.5 nm and 312.5 nm. The third wavelength channel of 320 nm is used to make corrections due to aerosol influence. Comparison with the Dobson and Brewer spectrophotometers shows that MICROTOPS provides accuracy comparable to these recognizable spectrophotometers and agreement between these types of ozonometers is better than ±1-2%.

Fig 1. Seasonal variation of daily averaged bias values, δk (in %), calculated on basis of TOC values from ground measurements (ARG) and respective values of TOC retrieved both from the satellite EP TOMS and AURA OMI platforms measurements. These biases are further designated as δTOMS and δOMI.

Our (ARG) ground-based measurements of TOC were compared with the TOC values retrieved from the measurements fulfilled at the Earth Probe (EP) satellite platform with Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) and AURA platform with the Ozone Monitoring Instrument (OMI). Seasonal variation of daily bias values δk (in %) calculated on the basis of TOC values from the ground measurements (ARG) and respective values of TOC retrieved both from the EP TOMS (δTOMS ) and AURA OMI (δOMI ) satellite platforms measurements are shown in Figure 1. Derived bias values, δTOMS and δOMI, are averaged over the time of observation which is specific to each of satellite platforms operation period and they amount to δTOMS~ +4.6 %, and δOMI~ +0.73 %. Relative large value of δTOMS was due to the TOMS instrument experienced calibration problems during the last years of operation of the EP TOMS. Bias value δOMI is small enough that consists of ~ 2 DU and lies within the MICROTOPS’s accuracy range. OMI represents a new powerful generation of instrumentation with modified technique for

147

retrieving of the O3, NO2, SO2, and some other gases, aerosols and UVB solar flux. In this connection, ground-based TOC observations are considered as the most accurate and reliable measurements, and it is these measurements are used in validation of the TOC values retrieved from the satellite platforms.

Fig. 3. Seasonal variation of monthly means of TOC measured at the ground-based station at the Kishinev site in comparison with the multi-year mean TOC values retrieved from the EP TOMS

satellite platform measurements from 1978 to 2005.

Seasonal variation of monthly means of TOC measured at the ground-based station at the Kishinev site from July 2003 to June 2007 is shown in Figure 2. Multi-year mean of TOC values retrieved from measurements which have been carried out at the EP TOMS satellite platform from 1978 to 2005 are shown in Figure 2. It can be clearly seen the resemblance between the seasonal variation of TOC retrieved from the ground-based measurements and TOC values derived from multi-year statistics based on the long-time series (~27 years) of satellite measurements. It should be emphasized that seasonal variation of TOC reveals two distinct extreme: minimum in October-November and maximum in March-April. Maximum and minimum values of monthly means of TOC observed during 2003-2007 amounted to ~ 394 DU in April 2007 and ~ 281 DU in October-December 2006. Maximum and minimum records of daily mean values of TOC for this period of ground observations were equal to ~489 DU (February 12, 2004) and ~250 DU (November 27, 2006), respectively. Extremally low value of TOC observed in our region was due to the formation of a set of ozone mini-holes over the Europe. It should be noted, that mean value of TOC for this period amounts to 337.7 DU, taking into account that the climatic mean value of TOC is equal to 335 DU.

148

Estimarea dinamicii spaţiale şi temporale a carierei de gips Criva folosind imaginile

teledistanţate de rezoluţie moderată Sergiu Budeşteanu

Institutul de Geologie şi Seismologie, Academia de Ştiinţe a Moldovei, Academiei 3, MD 2028, Chişinău

Tel/Fax: (373-22) 73-96-63, e-mail: sbudesteanu@asm.md

Această lucrare a avut ca scop integrarea Sistemelor Geografice Informaţionale (SIG) şi imaginilor teledistanţate de rezoluţie moderată pentru determinarea extinderii spaţiale şi temporale a carierei de gips Criva în partea de nord-vest a Republicii Moldova. Seturi digitale obţinute prin scanarea hărţilor topografice la scara 1:25,000 şi 1:50,000 au fost folosite pentru determinarea suprafeţei carierei de gips în anii 1950 şi 1970. Imagini teledistanţate cu rezoluţia spaţială de 28.5 m de tip Landsat TM şi ETM+ colectate în anii 1989 şi 2000 au fost supuse analizei multispectrale pentru extragerea informaţiei prin clasificarea elementelor imaginilor în clase informaţionale utile. Imaginile teledistanţate au fost supuse clasificării nesupravegheate folosind algoritmul de clasificare ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique) care a rezultat în 10 clase informaţionale. Ulterior aceste 10 clase au fost combinate în două clase generale: clasa 1 – „cariera” şi clasa 0 – „altele” în această clasă au fost combinate toate tipurile de teren agricol, pădurile, apele de suprafaţă existente în zona de studiu. Conform rezultatelor, se observă o extindere considerabilă a suprafeţei carierei pînă la 26.3 ha în anii 1970 ceea ce este de 14 ori mai mare decît în anii 1950 unde suprafaţa carierei a constituit aproximativ 1.83ha. Pînă în anii 1970 cariera sa extins în toate direcţiile, îndeosebi în direcţia de nord-vest, sud-est şi est. Datorită extragerii, sa mărit şi adîncimea carierei, de la 5-10 m în anii 1950 pînă la 10-26 m în anii 1970. În anul 1989 (359826.75 m2) cariera a avut o suprafaţă de 35.9 ha fiind de 20 de ori mai mare decît în anii 1950, iar în anul 2000 cu suprafaţa de 42.27 ha fiind de 23 de ori mai mare comparativ cu anii 1950. Prin analiza digitală a imaginilor teledistanţate şi a indicilor de vegetaţie sa observat că din anii 1970 direcţia extinderii carierei sa schimbat preponderent în direcţie nord-est şi est prin recultivarea părţii de nord-vest a carierei. Rezultatele obţinute în acest studiu demonstrează aplicarea cu succes a tehnologiilor informaţionale avansate aşa ca SIG şi imaginile teledistanţate în studierea dinamicii extinderii şi schimbărilor complexe a terenului care au loc în limitele zonelor amplasării zăcămintelor de substanţe minerale utile. Metodologia de acumulare, analiză şi prezentare a informaţiei spaţiale propusă în această cercetare poate fi aplicabilă agenţiilor responsabile de planificarea terenurilor pentru identificarea celor mai efective acţiuni de planificare, extragere şi protejare a zăcămintelor de substanţe minerale utile şi dezvoltarea durabilă a localităţilor. Prin suplimentarea unui studiu similar cu alte seturi de date privind adîncimea explorării, procentul aproximativ de zăcămînt în rocă şi alte date, va permite determinarea dinamicii volumului de zăcămînt extras şi alţi parametri necesari pentru a evalua rezervele de substanţe minerale utile şi folosirea raţională a terenurilor şi a subsolului pentru deceniile următoare. Acest studiu a fost efectuat în cadrul grantului „Estimarea ecologică complexă a zonei carstice Criva – Drepcăuţi” cu suport financiar din Fondul Ecologic Naţional.

149

31

323

1

2

22

160

Ihg

VS

SS

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

λλ

βγ

Influienţa concentraţiilor de aluviuni asupra cinematicii curgerilor de ape pluviale de

pantă cu suspensii. О.N. Meliniciuc1, N.А. Аrnaut 2

1Institutul de Ecologie şi Geografie al AŞM 2Institutul de Geologie şi Seismologie al AŞM

Eroziunea pluvială a solului este un factor important la degradarea învelişului de sol. Metodele existente de evaluare a eroziunii de pantă şi ravenă-vâlcea (evaluarea conform gradaţiei, metoda comparativă, formule empirice şi modele hidrodinamice) direct sau indirect se bazează pe determinarea parametrilor de viteză a curgerilor de apă, fără a lua în evidenţă particularităţile lor cinematice.

Se propune modelul de evaluare a eroziunii de pantă, luînd în consideraţie acţiunea fazei solide asupra cinematicii curgerii de ape pluviale cu suspensii. Prezenţa în curgerea de apă a unei cantităţi substanţiale de aluviuni în suspensie, duce la diminuarea energiei de pulsare şi la micşorarea turbulenţei, fiind urmat de majorarea vitezei longitudinale comparativ cu curgerea “apei curate”.

Evaluarea acţiunii aluviunilor în suspensie din curgerile de apă asupra profilului şi valoarea vitezelor longitudinale medii poate fi exprimată prin parametrul universal, numit numărul Prandtl–Carman λ , ce caracterizează gradul de stingere a turbulenţei.

La majorarea concentraţiei în volum 0S a aluviunilor în suspensie şi a vitezei căderii uniforme a aluviunilor în apă stătătoare 0ω datele experimentale duc la inegalitatea .λλ <S Aici Sλ - valoarea numărului Carman pentru curgerea bifazică, evaluat prin relaţia

*

00601

VS

S

S

γω

λλ+

= (1)

în care: *,VSγ - în corespundere cu densitatea aluviunilor şi a vitezei dinamice a curgerii de apă.

Rezolvând (1) raportată la 0S , obţinem

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 1

60 2

2

0

2*

0S

SVSλλ

ωγ (2)

Ecuaţia (2), exprimă evaluarea cantitativă a turbidităţii curgerii cu suspensii în dependenţă de parametrii cinematici.

Studiile din domeniul transportării aluviunilor în acelaşi timp au arătat, că între media turbidităţii de volum

0S şi a criteriului fără dimensiuni 0

3

ωghV există o legătură liniară stabilă, având următoarea relaţie:

0

3

0 ωβ

ghV

S S= . (3)

în care: ghVS ,, - corespunzător-viteza medie, adâncimea curgerii şi acceleraţia forţei de greutate;

Din (2) şi (3) după câteva transformări obţinem:

(4)

Factorul din parantezele pătrate caracterizează componenta cinematică a curgerii cu suspensii, luând în

consideraţie gradul de micşorare a turbulenţei curgerii prin numărul cinematic Carman Sλ . Pentru simplificare expresiei, factorul din parantezele pătrate îl vom exprima prin Sm şi, luând în consideraţie că, Sγ şi g sunt constante, atunci Sm se va determina prin egalitatea:

31

2

2

122.4⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

SSm

λλ

β (5)

În rezultat expresia (4) va arăta astfel: 3

13

2IhmV SS = (6)

150

Tabelul 1. Evaluarea acţiunii concentraţiei aluviunilor asupra majorării vitezei medii a

curgerii de apă de pantă cu suspensii conform datelor experimentale ( 187.0=I m/m, 022.0=h m. 56.0=V m/s, 032.00 =S , =0ω 0,001 m/s)

Turbiditate de

volum, 0S

Nunărul lui

Carman conform formulei

(1)

Parametru Sm

conform formulei

(5)

Viteza medie a curgerii bifazice

SV conform formulei (6), m/s

VVS

0,032 0,38 5.18 0.56 1.0

0,20 0,32 8.92 1.00 1.73

0,50 0,26 11.96 1.33 2.31

Rezultatul obţinut arată asupra faptului că, cinematica curgerilor de apă saturate cu aluviuni se deosebesc

esenţial de regimul de viteză al curgerilor de apă curată. De aceea modelele hidrodinamice de calculare a eroziunii de pantă cu o concentraţie majoră de aluviuni utilizate în practică, aduce la micşorarea esenţială atât a parametrilor scurgerilor de pantă cât şi a eroziunii sumare a stratului de sol.

151

THERMOELECTRODE MATERIAL FOR LOW TEMPERATURE THERMOCOUPLE

ZASAVITSKY E. A.

Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies of the Academy of Sciences of Moldova 3/3 Academiei str., Kishinev, MD-2028, Moldova, E-mail: efim@lises.asm.md

Thermocouples widely apply to the measurement of temperature of various objects. It is caused by that thermocouples have a low cost, work in a wide temperature range, have a fail-safe design, provide reasonable repeatability and accuracy (±0,01°С ) of measurements, possess reasonably short response time and allow to execute measurement of local temperature - the thermocouple junction may be grounded and brought into direct contact with the material being measured. The last is actual from the point of view of application of thermocouples in medicine for the local control of temperature. Separate task represents measurement of temperatures in the region of low temperatures. It is caused by that the majority of used traditional materials have a small value of Seebeck coefficient.

The given work is devoted to the decision of this problem – to obtain a material with a positive thermopower for the thermocouple with great value of Seebeck coefficient in the liquid helium temperature range (4,2÷77K). Results of the measurements of temperature dependence of thermal e.m.f. of thin semiconductor microwires of Pb1-x-yTlx NayTe (x=0.01 ÷ 0.02, y=0,005÷0,02, d = 5 ÷ 100 µm) in the temperature region 4,2 ÷ 77 K are presented. The microwires have been obtained from solution melt by the filling of quartz capillary with the following crystallization of material. Chemical composition of thin monocrystal microwires was tested by Laser Microprobe Mass Analyzer (LAMMA).

The analysis of temperature dependences of thermal e.m.f. of thin semiconductor microwires of Pb1-x-yTlx NayTe in the temperature region 4,2 ÷ 77 K shows, that in the doped samples thermal e.m.f. show anomalous character - at low temperatures alongside with the essentially non monotonic nature it has become abnormally large.

The mechanism which can explain such character of temperature dependence of thermal e.m.f. can be the following. Doping of semiconductor compounds of type А4В6 by elements of III group leads to a number of features in their electro-physical and optical properties [1-2] and was interpreted within the model of features of resonant scattering of carriers. The specific action of thallium consists in the following: the thallium impurity generates on the range of the permitted band states of a valence band an impurity band that leads to essential change of density of band states. It leads to essential change of transport coefficients which are determined by density of states, by the form of the impurity band and by the relative position of the Fermi level [1,2]. Introduction in addition a p-type impurity of sodium with high solubility, allows to create the concentration of holes varying over a wide range that enables to change position of a Fermi level relatively to the impurity band of quasi-local states. Scanning by Fermi's level on the impurity band of quasi-local states allows to operate the process of resonant dispersion which depends on mutual position of the middle of impurity band of quasi-local states and Fermi's level can provide the contribution of an opposite sign in total thermal e.m.f. at more than half filling of impurity band of thallium. Thus sensitivity of a material increases in the process of removal of a Fermi level from the middle of impurity band.

A lead telluride thin monocrystal microwires containing impurity acceptor Tl (≈1%(at.)) and Na (≈1,5%(at.)) (elements from 1st and 3rd groups of the periodic table, respectively) was found to have properties favorable for use in thermocouples for low temperatures region in the capacity of positive electrode. Use as a positive electrode of material Pb1-x-yTlx NayTe with concentration of thallium and sodium less indicated above value leads to significant decrease in absolute magnitude of thermal e.m.f. of a material. The similar picture is observed at a deviation of concentration of an impurity in aside increases in concentration of impurities. The qualitative explanation to it is explained above. The thermocouple with a positive electrode on the basis of the investigated material in a given work has higher sensitivity in comparison with existing thermocouples. It is caused by the large value of thermal e.m.f. of the lead telluride, alloyed by thallium and sodium. This opens wide possibilities for use of this material in a low-temperature thermometry, providing increase of sensitivity and reduction of an error of measurements of temperature in a range of temperatures 4,2÷77K.

This work was supported by the Supreme Council for Research and Technological Development of Moldova under the

State Program “Nanotechnologies, New Multifunctional Materials and Electronic Microsystems”. [1] Kaidanov V. I., Ravich Y. I., Sov. Phys. Usp, 145, 51, 1985. [2] Nemov S. A., Ravich Y. I., Sov. Phys. Usp, 168, 817, 1998.

152

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛНОРАЗМЕРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ

Ким Н.С.1, Стасенко В.Н.2, Гараба И.А.3 , Засавицкий Е.А.4

1НПЦ «Метеотех», г. Обнинск; 2Росгидромет, г. Москва;

3Спец. служба по АВ республики Молдова, г. Кишинев; 4ИЭИ и ПТ АН Молдовы, г. Кишинев В практической работе по проведению активных воздействий на переохлажденные облачные среды,

в том числе на градоопасные облака, необходимо знать льдообразующую эффективность применяемых пиротехнических средств – противоградовых ракет, пиропатронов. Это позволит соблюдать нормы «засева» облака реагентом и правильно определять расход ракет или пиропатронов в процессе воздействия.

В настоящее время при изготовлении серийных партий изделий в заводских условиях определение льдообразуюшей эффективности на выходном контроле не осуществляется. С другой стороны, результаты многочисленных исследований показывают, что эффективность пиротехнических средств воздействия может зависеть от очень многих факторов, в том числе и от срока и условий их хранения. При этом обычно наблюдается тенденция снижения эффективности.

Для проведения контрольных испытаний льдообразующей эффективности полноразмерных пиротехнических средств в России и за рубежом существует только один стенд на базе большой аэродинамической трубы НПО «Тайфун» /1/. Основной задачей таких стендов являлось создание модельных экспериментальных условий, обеспечивающих получение льдообразующих аэрозолей с дисперсными характеристиками аналогичными для реальных аэрозолей от промышленных средств воздействия. Однако современные теории гетерогенной нуклеации показывают, что большую роль в эффективной нуклеации льда играет состояние поверхности частицы и, в частности, наличие на ее поверхности активных центров льдообразования. Повышении содержания реагента в составах или растворах приводит к увеличению содержания реагента на поверхности формируемых частиц.

В последние годы были разработаны пиротехнические составы с высоким содержанием реагента, такие как АД-1 с 8 % AgJ (Россия) и AU с 10,8 % AgJ /2/. При горении этих составов формируются аэрозольные частицы с хорошо развитой поверхностью и с большим содержанием активного реагента на ее поверхности. Результаты экспериментальных исследований показали, что для таких частиц основным параметром льдообразования является не столько ее размер, а в большей мере наличие на ее поверхности крупных активных центров. Эти данные подтверждаются результатами исследований новых реагентов на основе комплексных соединений иодида серебра, проведенных как при сжигании модельных образцов по методике ЦАО, так и полноразмерных генераторов на аэродинамическом стенде НПО «Тайфун».

На основе таких результатов делается вывод о возможности получения объективной информации об эффективности средств воздействия на малогабаритных стендах, тем более что даже стенд НПО «Тайфун» не обеспечивает моделирование скоростей движения современных противоградовых ракет.

В докладе описывается вариант малого аэродинамического стенда, который может решать задачи контроля льдообразующей эффективности полноразмерных средств воздействия в оперативном режиме и задачи исследований нуклеационной активности новых реагентов и составов в динамических условиях.

В состав стенда должно входить: упрощенная аэродинамическая труба, система отбора аэрозольной пробы с разбавлением, система проявления и регистрации льдообразующих частиц. Аэродинамическая установка должна иметь диаметр рабочей части, где устанавливается исследуемое изделие, около 0.30 м, скорость потока воздуха в рабочем сечении – до 30 м/с. Система отбора аэрозольной пробы должна обеспечивать коэффициент разбавления пробы аэрозоля чистым воздухом от 20 до 200. В качестве системы проявления и регистрации льдообразующих частиц можно использовать традиционную аппаратуру, включающую облачную камеру объемом 100÷200л с соответствующим оборудованием.

Как показывают оценки, при проведении испытаний на таких стендах среднеквадратичная ошибка одного измерения выхода льдообразующих частиц из 1г пиротехнического состава при температуре -100 С составляет ± 120%. При этом затраты электроэнергии на одно испытание будут не более 1 кВт. 1. Kim N.S. Equipment and results of testing rystallizing efficiency of reagents used in cloud seeding for hail suppression.// Programme on Physics and chemistry of clouds and Weather modification research, WMP, Report series No. 41, Hail Suppression Research, Report No. 6, Meeting of experts of WMO on hail suppression. Nalchik, Russian Federation, 27 September – 2 October 2003, WMO/TD – No.1233, p. 121-123. 2. Chernikov A.A., Plaude N.O., Kim N.S., Korneev V.P., Nesmeyanov P.A., Dubinin B.N., Sidorov A.I. New Russian pyrotechnic aids for seeding supercooled clouds. // Proc. VIII WMO Scintific Conf. on Weather Modification (co-sposored by IAMAS), Casablanca, Morocco, 2003. - p.479-480.

153

Studiul experimental al minimului funcţiei ( )tPES

Valeriu Abramciuc

Universitatea de Stat „A. Russo”, str. Puşkin, 38, Bălţi, Republica Moldova Studiul morfologiei detaliate a ionosferei pământului este una dintre cele mai importante ramuri ale geofizicii

moderne şi pune multe probleme, în parte nerezolvate până în prezent. Cercetările regiunii E a ionosferei, folosind diverse tehnici experimentale, au stabilit existenţa unor neomogenităţi, care au caracter sporadic de apariţie în timp, iar concentraţia maximă a electronilor în acestea depăşeşte de 53 ÷~ şi mai multe ori valoarea respectivă în stratul E. Formarea/dispariţia sporadică a acestor neomogenităţi influenţează substanţial condiţiile de propagare a radioundelor dintr-o gamă largă de frecvenţe. Intensitatea factorilor care determină prezenţa acestora variază în funcţie de mai multe condiţii helio- şi geofizice, precum şi de coordonatele geografice/geomagnetice, de sezonul anului, de timp etc., care, până în prezent, nu sunt pe deplin elucidate. Din cauza caracterului sporadic, studiul acestor neomogenităţi, denumite „stratul SE ”, se realizează în baza analizei statistice a datelor experimentale.

S-a stabilit [1, 2] că, pentru latitudini geografice medii, probabilitatea SPE a existenţei neomogenităţilor de tipul SE , depistate prin sondarea radio verticală a ionosferei de pe suprafaţa pământului, are o variaţie foarte complexă în decursul a 24 de ore şi această variaţie se modifică substanţial de la un sezon al anului la altul. Ca urmare a analizei statistice a datelor experimentale, pentru perioada de iarnă, îndeosebi în apropiere de solstiţiul de iarnă, a fost depistat un minim al funcţiei ( )tPES , localizat în apropiere, dar înainte de răsăritul local al soarelui. Acest minim, pentru perioada de iarnă, se caracterizează prin localizare temporală destul de stabilă de la un an la altul, însă valoarea probabilităţii SPE a acestuia se modifică cu ( )%~ 135 ÷± în decursul unui ciclu de activitate solară. În alte perioade ale anului, deplasate de la solstiţiul de iarnă, acest minim al funcţiei ( )tPES are o altă localizare temporală, deplasată faţă de prima, şi este aproape complet mascat de variaţii iregulare. În aceste condiţii, în general este dificil de a argumenta însăşi prezenţa acestui minim, precum şi poziţionarea temporală şi valoarea probabilităţii acestuia. Din aceste motive devine problematică propunerea unor ipoteze plauzibile referitoare la mecanismele care controlează crearea/dispariţia acestor neomogenităţi în perioada dinaintea răsăritului local al Soarelui.

În lucrarea de faţă sunt prezentate rezultatele cercetărilor experimentale întreprinse în scopul determinării poziţiei temporale a minimului funcţiei ( )tPES . S-a realizat analiza statistică a datelor obţinute la sondarea verticală de pe pământ a ionosferei, cu periodicitatea sondării de 15 minute, la staţii ionosferice amplasate la latitudini geografice medii. A fost înaintată o ipoteză în conformitate cu care există o anumită corelaţie între momentul de timp în care funcţia ( )tPES atinge valoarea minimă şi răsăritul local al soarelui. La etapa iniţială de cercetare, această ipoteză părea evidentă, îndeosebi în cadrul analizei datelor obţinute în lunile decembrie şi ianuarie. Însă, în celelalte luni ale anului, acest minim al probabilităţii existenţei stratului sporadic SE nu putea fi cu certitudine depistat pe fundalul unor variaţii iregulare.

A fost elaborată o metodică adecvată de prelucrare a datelor experimentale. S-a luat în calcul faptul că în cazul în care fenomenul în cauză este în corelaţie cu timpul răsăritului local al soarelui, atunci minimul funcţiei ( )tPES ar trebui să fie sigur depistat şi în celelalte luni ale anului. Ca urmare a calculului timpului răsăritului local al soarelui în punctele de sondare a ionosferei, s-a tras concluzia că datele experimentale trebuie prelucrate astfel, încât să se ţină cont de deplasarea în timp a momentului răsăritului soarelui de la o zi la alta. În aceste condiţii, nu se mai poate, cum se obişnuia anterior, calcula un timp mediu de răsărit al soarelui pentru fiecare lună a anului. Şi nici datele experimentale nu mai pot fi prelucrate astfel, încât să se obţină o medie lunară a probabilităţii existenţei stratului SE pentru anumite momente în decursul a 24 de ore. Pentru exemplificare vom constata că, pentru staţia ionosferică Moscova (coordonate geografice – latitudinea N, 04755=ϕ şi longitudinea E, 03237=λ ), timpul răsăritului soarelui variază substanţial dar diferit în decursul unei luni a anului: la 31 ianuarie soarele răsare mai devreme decât la 01 ianuarie cu 33 minute, iar în luna martie această diferenţă constituie deja 1 oră şi 15 minute.

În rezultatul folosirii metodicii noi de prelucrare şi analiză a datelor experimentale a fost localizat mai sigur minimul funcţiei ( )tPES pentru diferite perioade ale anului şi latitudini geografice medii. De asemenea, au fost determinate valorile minime ale probabilităţii în intervalul de timp nemijlocit înainte de răsăritul local al soarelui. Analiza preliminară a acestor rezultate oferă unele argumente în favoarea ipotezei adoptate, în cadrul căreia se presupune existenţa unei corelaţii pozitive între timpul în care se observă minimul funcţiei ( )tPES şi răsăritul local al soarelui. 1. Чавдаров С.С., Часовитин Ю.К., Чернышева С.П., Шефтель В.М. Среднеширотный спорадический слой Е

ионосферы. М.: Наука, 1975. – 119 с. 2. Абрамчук В. Экспериментальные исследования ионосферы в переходное время суток. /Fizică şi tehnică: procese,

modele, experimente. 2006, nr. 1, p. 45-52.

154

STUDIUL INFLUENŢEI CONDIŢIILOR LOCALE DE TEREN PRIN MODELĂRI NUMERICE

V. Alkaz, I. Isiciko Institutul de Geologie şi Seismologie AŞM

1. Modelarea geologo-geofizică a secţiunii geologo-geofizice tipice a teritoriului RM. Scopul modelării consta în stabilirea dependenţei amplificării oscilaţiilor seismice de proprietăţile mediului geologic. Deoarece pentru or. Chişinău există o arhivă bogată de date geologo-geofizice, modelarea numerică a fost efectuată cu aplicarea acestora. Se menţionează, că acest model este tipic şi poate fi extins pe întreg teritoriul RM. La modelare a fost utilizată secţiunea geologo-geofizică din cinci straturi: 1)sol superficial cu grosimea până la 0.5m, densitatea 1.5g/cm3 şi viteza 120 m/s; 2) roci neumezite de vârsta cvaternară, cu grosimea 0-20m, localizate mai sus de nivelul apelor freatice, cu densitatea 1.52-1.78 g/cm3 şi viteza 200-350 m/s; 3) roci umezite de vârsta cvaternară, cu grosimea 0-22m, localizate mai sub nivelul apelor freatice, cu densitatea 1.71-2.03 g/cm3 şi viteza 200-350 m/s; 4) argile de vârstă neogenă cu grosimea 0-200m, densitatea 1.86-2.17 g/cm3 şi viteza 260-450 m/s; 5) calcare neogene, care prezintă roca dură de bază pentru model (bedrock), cu densitatea 2.45 g/cm3 si viteza 1300 m/s. Straturile 2 – 4 ale modelului posedă nu numai grosime variabilă, dar şi proprietăţi elastice variabile, care sunt dependente de adâncime. În unele cazuri (pentru anumite sectoare) în corespundere cu condiţiile locale, oricare din straturi poate fi absent în secţiune.

Analiza corelaţiei amplificării amplitudinii semnalului seismic şi grosimii straturilor moi a fost efectuată pentru 424 variante a modelelor mediului, cu utilizarea analizei regresionale multidimensională. A fost obţinută relaţia: А=4.87+0.43ln(NAF)-0,195(ln(NAF))2-0.109ln(HQum)-.047(ln(HQum))2+0.079ln(HNarg)-.097(ln(HNarg))2 unde HQus – este grosimea rocilor cuaternare neumezite; HQum – grosimea rocilor cuaternare umezite; HNarg – grosimea argilelor neogene; f1, f2, f3 – polinoamele argumenţilor corespunzători. Incrementul amplitudinii oscilaţiilor, ca urmare a modificării grosimii fiecărui din straturi, are o cădere parabolică a amplitudinii amplificării în dependenţă de creşterea grosimii straturilor. Relaţia obţinută demonstrează, că pentru atingerea efectului seismic maximal, în partea de sus a secţiunii e necesară prezenţa unui strat subţire de sol uscat, cu viteze mici de propagare a undelor seismice.

2. Influenţa reliefului terenului asupra efectului seismic. Pentru relieful Republicii Moldova sunt caracteristice coline întinse cu pante aline. Reeşind din numărul limitat de variaţii a structurilor geometrice pe teritoriul dat şi diapazonul variaţiei parametrilor lor cunoscut destul de bine, au fost efectuate calcule pentru un şir de variante, care ar include majoritatea cazurilor întâlnite în practică. Structura bidimensională, utilizată pentru calcul, prezintă o suprafaţă de rocă dură orizontală, pe care este aşezat un strat de roci sedimentare, care au cea mai tipică formă a reliefului pentru teritoriul dat – suprafaţa în două pante. Baza structurii calculate, estimată conform observărilor reale, a fost de 500m. Funcţiile de amplificare a acestei structuri-model sunt diferite în diferite puncte ale suprafeţei terenului, şi depind, în general, de gradul de înclinare al pantelor, exprimat prin relaţia înălţimii h către baza l, şi de grosimea depozitelor H.

155

The analysis of self-descriptiveness of possible seismological precursors of earthquakes for Vrancea zone.

V. Ginsari

Academy of Sciences of Moldova Republic

Institute of Geology and Seismology

With the purpose of self-descriptiveness revealing of a number of seismological precursors of intermediate depth earthquakes generated by Vrancea zone, it is executed the approbation of a complex technique offered by G.A. Sobolev etc. (1991). The set of possible seismological precursors includes 6 parameters determined in retrospect on a basis only of the earthquakes catalogue, plus parameter describing the statistical significance of Vp/Vs relation changes. The technique was developed for large regions with a high level of the crustal seismicity, dispersed on the large area (Kamchatka, Caucasus). Regarding that the seismicity in zone Vrancea is distinct from tested regions - zone is very compact in the plan, the earthquakes are located in the depths interval 60-170 kms - the complex technique was adapted to features of our region.

Most informative seismological precursors at the retrospective analysis of the Vrancea earthquakes catalogue have appeared: parameter of seismogenerative rupture concentration kср; dimensionless parameter characterizing the statistical significance of deviations from long-term average meanings of the recurrence graphs slope ξb; dimensionless factor characterizing the statistical significance of the seismic rate deviations at revealing seismic gap ξn; the parameter describing accumulation of seismic energy before strong earthquake ∆E2/3. On all four parameters “threshold of an alarm" is determined and the probability of a precursor realization is calculated.

156

МАЛЫЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЛНОРАЗМЕРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

ЛЬДООБРАЗУЮЩИХ АЭРОЗОЛЕЙ

Ким Н.С.1, Стасенко В.Н.2, Гараба И.А.3 , Засавицкий Е.А.4

НПЦ «Метеотех», г. Обнинск, Росгидромет, г. Москва,

Спец. служба по АВ республики Молдова, г. Кишинев, ИЭИ и ПТ АН Молдовы, г. Кишинев

В практической работе по проведению активных воздействий на переохлажденные

облачные среды, в том числе на градоопасные облака, необходимо знать льдообразующую эффективность применяемых пиротехнических средств воздействия – противоградовых ракет, пиропатронов. Это позволит соблюдать нормы «засева» облака льдообразующим реагентом и правильно определять расход ракет или пиропатронов в процессе воздействия.

В настоящее время при изготовлении серийных партий изделий в заводских условиях определение льдообразуюшей эффективности на выходном контроле не осуществляется. С другой стороны, результаты многочисленных исследований показывают, что эффективность пиротехнических средств воздействия может зависеть от очень многих факторов, в том числе и от срока и условий их хранения. При этом обычно наблюдается тенденция снижения эффективности.

Для проведения контрольных испытаний льдообразующей эффективности полноразмерных пиротехнических средств в России и за рубежом существует только один стенд на базе большой аэродинамической трубы НПО «Тайфун» /1/. Основной задачей таких стендов являлось создание модельных экспериментальных условий, обеспечивающих получение льдообразующих аэрозолей с дисперсными характеристиками аналогичными для реальных аэрозолей от промышленных средств воздействия. Однако современные теории гетерогенной нуклеации показывают, что большую роль в эффективной нуклеации льда играет состояние поверхности частицы и, в частности, наличие на ее поверхности активных центров льдообразования.. Повышении содержания реагента в составах или растворах приводит к увеличению содержания реагента на поверхности формируемых частиц.

В последние годы были разработаны пиротехнические составы с высоким содержанием реагента, такие как АД-1 с 8 % AgJ (Россия) и AU с 10,8 % AgJ /2/. При горении этих составов формируются аэрозольные частицы с хорошо развитой поверхностью и с большим содержанием активного реагента на ее поверхности. Результаты экспериментальных исследований показали, что для таких частиц основным параметром льдообразования является не столько ее размер, а в большей мере наличие на ее поверхности крупных активных центров. Эти данные подтверждаются результатами исследований новых высокоэффективных реагентов на основе комплексных соединений иодида серебра, проведенных как при сжигании микромодельных образцов по методике ЦАО, так и полноразмерных генераторов на аэродинамическом стенде НПО «Тайфун».

На основе таких результатов делается вывод о возможности получения объективной информации об эффективности средств воздействия на малогабаритных стендах, тем более, что даже стенд НПО «Тайфун» не обеспечивает моделирование скоростей движения современных противоградовых ракет.

В докладе описывается вариант малого аэродинамического стенда, который может решать задачи контроля льдообразующей эффективности полноразмерных средств воздействия в оперативном режиме и задачи исследований нуклеационной активности новых реагентов и составов в динамических условиях.

В состав стенда должно входить: упрощенная аэродинамическая труба, система отбора аэрозольной пробы с разбавлением, система проявления и регистрации льдообразующих частиц.

Аэродинамическая установка должна иметь диаметр рабочей части, где устанавливается исследуемое изделие, около 0.30 м, скорость потока воздуха в рабочем сечении – до 30 м/с.

157

Система отбора аэрозольной пробы должна обеспечивать коэффициент разбавления пробы аэрозоля чистым воздухом от 20 до 200.

В качестве системы проявления и регистрации льдообразующих частиц можно использовать традиционную аппаратуру, включающую облачную камеру объемом 100 –200 л с соответствующим оборудованием.

Как показывают оценки, при проведении испытаний на таких стендах среднеквадратичная ошибка одного измерения выхода льдообразующих частиц из 1 грамма пиротехнического состава при температуре минус 10 0 С составляет ± 120%. При этом затраты электроэнергии на одно испытание будут не более 1 кВт.

1. Kim N.S. Equipment and results of testing rystallizing efficiency of reagents used in cloud seeding for hail suppression.// Programme on Physics and chemistry of clouds and Weather modification research, WMP, Report series No. 41, Hail Suppression Research, Report No. 6, Meeting of experts of WMO on hail suppression. Nalchik, Russian Federation, 27 September – 2 October 2003, WMO/TD – No.1233, p. 121-123. 2. Chernikov A.A., Plaude N.O., Kim N.S., Korneev V.P., Nesmeyanov P.A., Dubinin B.N., Sidorov A.I. New Russian pyrotechnic aids for seeding supercooled clouds. // Proc. VIII WMO Scintific Conf.on Weather Modification (co-sposored by IAMAS), Casablanca, Morocco, 2003. - p.479-480.

158

Morfostructura inelară Sud Ucraineană şi reliefarea ei în cîmpurile geofizice şi a reliefului

Leonid Romanov,* Vasile Neaga,* Victor Grebenşcicov**

* Institutul de Geologie şi Seismologie al AŞM

** Universitatea „Şevcenco” din or.Tiraspol

• În limitele teritoriilor Ucrainei şi Moldovei în a.1978 O.Ghintov a evidenţiat două structuri inelare majore – Nord-Ucraineană şi Sud Ucraineană sub denumirea generală „tectonoconcentr”. Conform clasificaţiei şi nomenclaturii existente ele aparţin macrostructurilor inelare cu diametre de primele sute de km. Pe teritoriul Basarabiei este situată numai macrostructura sud-ucraineană.

• Conform datelor lui O.Ghintov la est această structură se reflectă prin cumpăna apelor „Indolo-Bug”, anomalia magnetică herson, precum şi de o fîşie de anomalii submeridionale din acvatoriul mării Negre şi cursului inferior al r. Dunărea, după ce cîrneşte la nord-vest spre or.Bîrlad. La sud veriga anomaliilor magnetice se întrerupe, iar la nord ea mărgineşte cu arcul anomalielor concentrului Nord-Ucrainean.

• În plan structural macrostructura Sud-Ucraineană este situată pe panta de frontieră a platformei Est-Europene, ocupă partea vestică a depresiunii mării Negre, sistemul depresionar Predobrogean (grabenele Bîrlad, Aluat, Tuzla, Crîlov şi altele). Macrostructura Sud-Ucraineană cu diametru de 375 km se evidenţiază clar în cîmpurile magnetic şi gravitaţional din sudul Basarabiei (interfluviul Nistru-Prut). Schiţa cîmpului anomal gravitaţional în limitele macrostructurii Sud-Ucraineană totalimente coincide cu schiţa cîmpului magnetic: părţii exterioare a inelului de anomalii magnetice pozitive (DT) a, Za îi corespunde inelulul anomaliilor maxime de gravitaţie iar valorile minime ale anomaliilor magnetice corespund cîmpul anomaliilor de minimum de gravitaţie. Blocurilor tectonice majore ridicate ale fundamentului cristalin le corespund valorile maxime ale anomalielor magnetice şi de gravitaţie, iar celor scufundate – valorile minime a cîmpului magnetic şi gravitaţional.

• Pe lîngă datele geofizice macrostructura inelară „Sud-Ucraineană” se reflectă clar în planul geomorfologic, mai cu seamă, în sistemul hidrografic. La este ea este limitată de rîurile Hagjider, Sarata şi Cilighider; la vest de r.Bîrlad; la sud de limitele limanelor mării Negre şi lacurile Dunării şi gîrla Chiliei; iar la nord de spaţiul de cumpănă a rîurilor Botna şi Prut. Toate rîurile asociate cu macrostructura nominalizată dispun de un plan centropet comparativ cu r. Dunărea şi marea Neagră. Partea Sudică a acestei macrostructuri situată pe teritoriul Republicii Moldova foarte clar se reflectă şi pe pozele aerocosmice.

• Harta structurală a suprafeţei fundamentului cristalin a interfluviului Nistru-Prut confirmă ideia, că macrostructura „Sud Ucraineană” în partea centrală şi sudică a Basarabiei reflectă rocile cristaline ale fundamentului veci consolidate în proterozoic. În ce priveşte vîrsta fondării acestei structuri, există diferite opinii.

O.Ghintov separă cîteva faze, printre care, faza iniţială, pe parcursul cărei în scoarţa bazaltoidă a sistemei inelare au apărut fracturi, formarea valului inelar ş.a. Această fază s-a terminat în intervalul 4-3,5 mlrd ani în urmă şi a fost numită „Lunară”. A doua fază, numita „nucleară” corespunde formării aşa numitului „nucleu” al structurii inelare, care a durat aproximativ 1,0 mlrd ani şi s-a terminat la limita geocronologică 2,5 mlrd ani. Formarea definitivă a structurii inelare a avut loc 2,0 mlrd ani în urmă.

Astfel, macrostructura inelară „sud ucraineană” în limitele teritoriului Basarabiei (interfluviul Nistru-Prut) prezintă o structură tectonică formată din sineclize şi cupole ce reflectă deformările fundamentului precambrian vechi. Manifestarea ei în relieful contemporan confirma dezvoltarea acumulată în perioada neotectonică recentă.

159

UNELE PARTICULARITĂŢI LA TRATAREA PREVENTIVĂ A STRUGURILOR ZDROBIŢI ÎN VINIFICAREA PRIMARĂ

V. Ciobanu, A. Papcenco,

Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de Ştiinţe a Moldovei str. Academiei 5, MD-2028, Chişinău Republica Moldova

E-mail lpepv @ phis.asm.md

Strugurii zdrobiţi mecanic a soiurilor tehnice care se folosesc la prelucrarea industrială formează un schelet neomogen de masă alcătuit din must, pelicule şi seminţe ale bobiţelor. Rareori masa conţine şi o cantitate nu prea mare de ciorchine. Prin aceasta e caracterizată structura de bază a masei strugurilor zdrobiţi mecanic. Din momentul formării zdrobiturii mustul începe a se îmbogăţi cu componentele conţinute în pelicule, seminţe, ciorchine şi a celulelor ţesutului rămase întreg sau după o puţină alterare a lor în rezultatul zdrobirii.

În urma contactului direct dintre must şi particulele bobiţelor de struguri în procesul de macerare a zdrobiturii, mustul se îmbogăţeşte cu substanţe colorante, aromatice şi altele. Prin folosirea diferitor proceduri tehnologice ce însoţesc acest proces de îmbogăţire şi care e dirijată în timp atât după particularităţile fizico-chimice a masei în procesul de macerare pe boştină cât şi după cerinţele proprietăţilor calitative a productului ce se află în proces de fabricare. Macerarea parcurge în timp, depinde de soiul strugurilor, temperatura masei zdrobite şi alţi factori tehnologici şi durează 8-24 ore, rareori e necesar şi 35-45 ore.

Pentru a accelera procesul de macerare, a majora cota mustului la fracţionarea mecanică şi a ridica calitatea lui, masa zdrobită se supune unor tratamente preventive aşa ca prepararea cu enzime pectolitice, prin acţiunea termică sau a curentului electric [1,6].

Prepararea cu enzime cere o pregătire a suspensiilor de anumite concentraţii, injectarea lor în masa fărâmiţată cu dozatori speciali. După ce masa e tratată se amestecă şi se supune macerării în volume cu capacitatea de 20-60 tone pentru divizarea componentelor pectinice a membranei celulare. Această divizare slăbeşte structura cimentată de pectină a fibrelor peretelui celular şi sporeşte dezintegrarea structurii membranei celulare în timp. Deseori această procedură folosită în practică aduce la mărirea cotei mustului fracţionat prin scurgerea liberă gravitaţională în detrimentul fracţiunii căpătată prin presare. Rareori se primeşte invers însă cota totală a mustului fabricat are o tendinţă de creştere [2,7].

Tratarea termică provoacă coagularea substanţelor proteice, majorarea permeabilităţii celulare, inactivarea enzimelor. În multe cazuri prepararea zdrobiturii cu agent termic intensifică extragerea şi la maxim măreşte trecerea în must a coloranţilor, aromelor. Mai evidenţiat se pronunţă extragerea la prelucrarea strugurilor de soiuri negri şi aromaţi. Procesul de prelucrare termică se reglează în funcţie de agentul folosit (apă ori aburi) în instalaţii speciale. Regimul de lucru (durata prelucrării, temperatura optimă de încălzire a masei şi periodicitatea de amestec a masei) se aplică în funcţie de soiul şi caracteristicile tehnologice a strugurilor, particularităţile tehnice de zdrobire a lor, de schema tehnologică a fabricării productului şi de cerinţele calităţii lui finale [1,2,7].

Din factorii cunoscuţi şi implicaţi în practica procesului de tratare preventivă a strugurilor zdrobiţi mecanic de o perspectivă majoră şi eficienţă sporită e considerată tratarea lor cu curent electric prin impulsuri – electroplasmoliza [3,6,8]. În primul rând acest agent fizic are o prioritate vădită la comunicare, amplificare, dozare, uşor accesibil în utilizare. Procesul de electroplasmoliză a ţesutului celular e controlat, dirijat în regimul de lucru, uşor reglate dozele intensităţii curentului electric pentru o prelucrare optimală, şi care poate fi supus automatizării. Durata acţiunii curentului prin impulsuri bipolare e foarte scurtă şi are un diapazon larg de 200-0,001 secunde la tensiunea câmpului electric 30-850 V/cm. Puterea sursei de alimentare variază între 10-50 KWt/oră. Capacitatea de lucru coincide cu cea a liniei tehnologice de prelucrarea primară a strugurilor si poate fi de 5 - 30 t/oră. O sursă de alimentare poate deservi două linii tehnologice paralele asamblate cu camere de lucru care nu depind una de alta şi o capacitate fiecare de 10 t/oră.

S-a studiat [3-5] şi se arătă particularităţile care aduc la sporirea permeabilităţii ţesutului celular, şi în primul rând la acţiunea curentul impulsiv care provoacă schimbări structurale specifice atât la nivel fotonic a membranei celulară cât şi la nivel ultramicroscopică a membranelor intercelulare. S-a demonstrat că peretele celulei la acţiunea curentului rămâne perforat prin structura porilor cu mărimi de 40-500 Å şi mai ales în câmpurile de pori ale celulei, în zona plasmodesmului, iar membranele intercelulare (plasmolema şi tonoplastul) şi reţeaua endoplasmatică se dezintegrează la utilizarea curentului. În aşa fel bariera structurilor membranelor care servesc obstacol la extragerea forţată a componentelor din celule şi care stau la baza de reglare a schimbul de substanţe în ţesutul vegetal primar a strugurilor, e lichidată. Conţinutul intercelular liber sub presiunea osmotică din celule, ori o altă presiune aplicată din afara lor, uşor poate fi evacuat şi alăturat la fracţia lichidă eliberată la zdrobirea mecanică.

Particularitatea fundamentală ce evidenţiază procesul şi argumentează sporirea eficacităţii de prelucrare prin electroplasmoliză a strugurilor se manifestă prin fenomenul de majorare a gradului de permeabilitate a

160

ţesutului celular şi mai ales a straturilor zonelor din preajma peliculei bobiţelor de struguri: cuticulei, epidermei, hipodermei cât şi ale altor zone endocarp. Aceste schimbări structurale provocate de acţiunea curentului prin impulsuri permit intensificarea schimbului de masă între faza lichidă şi cea structurală a ţesutului vegetal tratat. În urma acestei intensificări faza lichidă majoritară (mustul) se măreşte şi mai mult şi se îmbogăţeşte mai intens cu substanţe native folositoare, fapt ce ameliorează intensitatea culorii şi gustului productului în procesele sporite de macerare şi-fermentare. Aspectul productului se va îmbunătăţi în urma accelerării extragerii substanţelor intercelulare din aceste zone structurale în mustul masei strugurilor zdrobiţi. Procesul de oxidare a componentelor masei se reduce în urma micşorării timpului de macerare pe boştină, la fel pozitiv se reflectă şi la procesul de scurgere liberă ori la stoarcere forţată a mustului.

Referinţe:

[1]. Antonişin I. M, Merjanian A. A. Fiziceskie proţessâ vinodelia, M. Pişcevaia promâşlennosti, 1976, 375 s. [2]. Subotin V. A., Tiurin S. T., Valuico G. G. Fizico-himiceskie pocazateli vina i vinomaterialov, M., Pişcevaia promâşlennosti, 1972, 161 s. [3]. Ciobanu V.G. Povâşenie effectivnosti obrabotci rastitelinogo sâria electroplasmolizom. Avtreferat diss. Kiev. 1988. 24 s. [4]. Ciobanu V. G. Ulitrastructurnâi analiz cletki pri electroplasmolize. //4-ia Respublicanscaia conferenţia po electronnoi microscopii. ”Electronnaia microscopiea i sovremiennaia tehnologiea.” Chişinău. 1990. p. 125-126. [5]. Ciobanu V. Studiul structurii ţesutului suculent vegetal tratat prin electroplasmoliză. //Lucrări a X Conferinţă Naţională de Termotehnică cu participare Internaţională. „Cercetarea ştiinţifică în condiţiile integrării europene.” Brăila. (România) 2004. 6 pag. [6]. Lazarenco B.R., Fursov S. P., Şceglov Iu. A., Bordianu V. B., Ciobanu V. G. Electroplasmoliz. Cartea Moldovenească. Chişinău. 1977. 80 s. [7]. Ciobanu V. Tehnologii de utilizare raţională a fructelor în mediul rural. //Conferinţa naţională. „Comunităţile rurale şi renaşterea satului”. Chişinău. 2005. p. 121-122. [8]. Bologa M. K. Electrofizo-himicescih issledovania i thnologii v Institute Pricladnoi Fizici AN Moldovâ //Electronnaia obrabotca materialov. Chişinău, 2004,. 2(226), S. 4-13.

161

INSTALAŢIE PENTRU ELECTROPLASMOLIZA MATERIEI PRIME VEGETALE ÎN CÂMP ELECTRIC ROTATIV

V.Ciobanu, V.Bordeianu, A.Papcenco, M.Bologa, S.Berzoi

Institutul de Fizică Aplicată, AŞM, Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, E-mail lpepv@phis.asm.md

În construcţiile cunoscute ale electroplasmolizatoarelor (cu electrozi statici) tubulari secţiunea transversală a camerei de lucru este micşorată din cauza electrozilor asamblaţi pe partea interioară a camerei care ocupă o parte din suprafaţa ei. O astfel de cameră manifestă rezistenţa hidraulică semnificativă pentru fluxul de materie primă, mai ales în cazul unui material pentru prelucrare cu un conţinut scăzut a fazei lichide. Este problematic de a transporta uniform şi rapid materia primă vegetală elastică cu un grad scăzut de umiditate printr-o cameră cu secţiunea transversală de configuraţie complicată. Aceasta limitează sporirea capacităţii de producere şi a eficacităţii de prelucrare electrică a materii în instalaţii similare.

Cercetările şi modelarea în scopul schimbării configuraţiei geometrice a camerei de lucru, în special, tendinţele de a utiliza o formă rotundă prezintă o actualitate evidentă şi sunt orientate spre lichidarea imperfecţiunilor menţionate. Sporirea capacităţii construcţiei, perfecţionarea condiţiilor trecerii fluxului prin ea, ridicarea eficacităţii de prelucrare a materiei prime sunt cerinţele rezolvate în această lucrare. Instalaţia poate fi utilizată în diverse linii tehnologice pentru prelucrarea în flux a strugurilor la diferite etape de procesare, a legumelor ori a altei materiei vegetale fărâmiţată cu un conţinut redus a fracţiei lichide.

În fig. 1. este prezentată schema instalaţiei elaborate pentru prelucrarea materiei prime vegetale cu impulsuri electrice. Ea este constituită dintr-un electroplasmolizator în formă tubulară şi o sursă de alimentare care formează (generează) în zona de plasmoliză un câmp electric rotativ.

Fig. 1. Schema instalaţiei de procesare a materiei prime vegetale

Fig. 2. Distribuirea în timp a impulsurilor

Fig. 3. Secţiunea transversală a camerei de lucru şi direcţia impulsurilor

162

Sursa de alimentare conţine un redresor 1, multiplicator de tensiune 2, blocul de dirijare 3, care deschide pe rând tiristorii V1-V6, întrerupătorul de impulsuri 4. Blocul 3 şi întrerupătorul 4, generează şi transmit impulsurile la electrozii camerei 5 (E1 – E6), unde materialul vegetal este tratat prin contact direct.

Camera de lucru a electroplasmolizatorului, situată într-un tub dielectric, este asamblată cu trei perechi de electrozi plaţi şi aranjaţi longitudinal axei camerei, paralel şi faţă în faţă unul altuia pe suprafaţa interioară a tubului; sursa de alimentare conţine generatorul cu tiristorii care formează impulsurile electrici.

Durata de prelucrare a fiecărui impuls (determinată de blocul de dirijare, de parametrii elementelor de bază ale circuitului electric prevăzut în paralel cu tiristorii, condensatoarele şi bobinele de inducţie în unire consecutivă) se află în intervalul 10 ms – 1,05 s. Forma şi diagrama impulsurilor generate în timp de sursa de curent sunt prezentate în fig. 2.

Fig. 3 redă secţiunea transversală a camerei de lucru a electroplasmolizatorului. Săgeata arată direcţia de traversare a impulsurilor prin mediul dintre electrozii camerei şi succesiunea lor. Impulsurile de formă bipolară de la generator trec prin spaţiul perechilor de electrozi, situaţi paralel faţă în faţă.

Zonele de prelucrare dintre electrozii paraleli sunt supuse acţiunii impulsurilor. Prin fiecare din zone trec corespunzător câte 6, 4 şi 2 impulsuri de polaritate opusă. Din aceasta urmează că energia la degajare în unităţile de volum ale materialului dintre electrozii paraleli este direct proporţională cu frecvenţa de conformare a impulsurilor cu o diminuare lentă.

Regularitatea admisiei impulsurilor la sistemul de electrozi 5 în timp e explicată de diagrama tensiunii (fig. 2).

În momentul t1 blocul de dirijare 3 deschide tiristorii V1 şi apare circuit de trecere a impulsului prin mediu de la electrodul E1 la electrodul E4. În momentul t2 tiristorii V2 asigură trecerea impulsului de la electrodul E2 la E5, următorul impuls t3 trece de la E3 la E6. Pentru respectarea bipolară următoarele trei impulsuri au direcţii de sens opus – de la E4 la E1, de la E5 la E2 şi de la E6 la E3. Ulterior procesul se repetă. Elementele V1-V6 iniţiază şi menţin circuitul în camera de lucru, în care câmpul electric format de sursa de alimentare este rotativ şi consecutiv se transmite la perechile de electrozi ai camerei de lucru pentru prelucrarea materiei vegetale fărâmiţată.

Astfel, a fost elaborată instalaţia cu cameră de lucru în care câmpul electric format de sursa de alimentare este rotativ şi se transmite dirijat la electrozii asamblaţi paralel pentru asigurarea tratării efectivă a ţesutului vegetal, aflat în acest spaţiu.

Puterea sursei este limitată şi depinde de durata procesului de încărcare şi descărcare a condensatorului. Încărcat cu tensiunea U condensatorul se conectează cu ajutorul tiristorilor la electrozii camerei. Încărcarea condensatorului se termină, practic, în 3RC secunde, unde R − rezistenţa masei din conturul de descărcare. Puterea instalaţiei P este produsul energiei unui impuls la numărul lor într-o unitate de timp (la frecvenţa lor f)

Р = fCU2

2

, Wt.

În perioada T=1/f este necesar ca condensatorul să se încarce şi descarce. Folosind porozitatea impulsurilor

egală cu 2 Т ≥ 6RС, s.

Egalând C din ambele relaţii obţinem:

Р R

U12

2

≤ , Wt.

Rezistenţa stratului masei de prelucrare în asemenea instalaţii este de ordinea 0,05 - 1,0 Ohm. Puterea

maximă, transmisă prin condensatoare cu tensiune de până la 1 kV, limitată la 80 – 1500 kWt este suficientă şi satisface necesitatea liniilor tehnologice cu o productivitate de prelucrare a materiei prime până la 50 t/oră.

Astfel, s-a propus un procedeu şi elaborat o instalaţie nouă de prelucrare electrică în flux a materiei prime vegetale fărâmiţate. Forma geometrică a camerei de lucru permite o trecere mai uşoară şi mai liberă, la un volum sporit a materiei prime în procesul de prelucrare. Capacitatea instalaţiei este asigurată şi prin caracteristicile parametrilor câmpului electric rotativ: intensitatea şi durata acţiunii lui, determinate de amplitudinea, frecvenţa şi forma curbei tensiunii. Caracteristicile tehnologice şi electrice, ce stau la baza instalaţiei, asigură o prelucrare efectivă a materiei prime atât în baza alimentării uniforme cu impulsuri bipolare a sistemului de electrozi a camerei de lucru, cât şi a sporirii eficacităţii utilizării energiei în ţesutul celular a masei, care se află în mişcare continuă prin cameră.

163

Analiza posibilităţilor de micşorarea energiei de consum specifice la producerea aperitivelor din conserve de legume

Popova Natalia

Institutul de fizică aplicată a Academiei de Ştiinţe a Rep. Moldova lpepv@phys.asm.md

La producerea aperitivelor din conserve de legume şi la pregătirea alimentelor, pentru sporirea cantităţii

alimentare, calităţilor organoleptice şi gustative, materia primă este supusă prăjirii în ulei vegetal. Totodată este foarte important menţinerea proprietăţilor naturale a uleiului vegetal şi protejarea lui de descompunere, schimbarea culorii şi gustului la încălzire. Aceşti indici ai calităţii în mare măsură sunt influenţaţi de calitatea uleiului vegetal folosit şi timpul consumat în procesul de prăjire. Reducerea procesului de prăjire concomitent asigurând cantitatea necesară produsului, micşorează factorul negativ asupra calităţii uleiului vegetal şi reduce consumul energiei termice.

Scopul acestei lucrări este: reducerea procesului de prăjire, micşorarea consumului specific de ulei vegetal şi reducerea consumului specific a căldurii, creşterea cantităţii fiziologice a conservelor.

Pentru realizarea proceselor tehnologice de prelucrare a legumelor, este necesar de a asigura permeabilitatea celulară. În tehnologia dată pentru asigurarea permeabilităţii celulare se realizează dezintegrarea mecanică şi prelucrarea termică.

Sunt efectuate cercetări a influenţei prelucrării electrice asupra morcovului, bostăneilor şi cepei în procesul permeabilităţii lor celulare. Criteriu de notare a permeabilităţii celulare este rezistenţa lor specifică. În calitate de factor influent sunt acceptate impulsurile electrice cu frontul din faţă abrupt iar cel din spate plat (1 - 5).

Cercetări comparative privind realizarea permeabilităţii celulare, astfel prin prelucrarea termică se realizează într – o minută în timp ce prin prelucrare electrică permeabilitatea celulară se realizează într – o fracţiune de secundă. Pentru atingerea acestui scop sunt efectuate cercetări asupra influenţei prelucrării electrice a morcovului, bostăneilor şi cepei în procesul prăjirii lor. Experimentele arată, că procesul de prăjire în experimentul cu prelucrarea electrică în comparaţie cu controlul (fără prelucrare electrică) se micşorează cu 15%. Totodată se micşorează consumul specific de ulei şi consumul specific de energie termică în procesul de prăjire. Reducerea procesului de prăjire măreşte cantitatea fiziologică a produsului finit.

În procesul de prăjire a legumelor în ulei au loc intense schimbări fizico – chimice atât în materia primă cât şi în uleiul vegetal. Acesta este o consecinţă a căderii bruşte temperaturii materiei prime şi uleiului vegetal de la 20 – 1500C. Sunt efectuate cercetări asupra schimbării conţinutului de carotină, acidului ascorbic şi a zaharului general în morcov la temperatura uleiului 1700C şi timpul de prăjire 10min (control) cu o preliminară prelucrare electrică la o energie specifică 10Wt h/kg )(experiment). Rezultatele sunt date în tabel Tabelul 1 Conţinutul mg/100g Pierderi în %

Materia primă iniţială (morcov)

În morcov după prăjire

În morcov după plasmoliză şi prăjire

După prăjire După plasmoliză şi prăjire

Carotin 75,3 62,7 63,9 16,7 15,1 92,1 73,6 75,6 20,0 17,9 79,4 56,7 58,2 28,5 26,7 Acid ascorbic 39,1 33,3 34,4 14,8 12,0 35,4 28,5 29,8 19,49 15,8 37,6 29,1 30,4 22,6 19,6 Zaharul general 65,3 58,5 59,3 10,4 9,1 62,5 56,4 57,4 9,7 8,2 59,3 52,3 53,2 11,8 10,3

Electroplasmoliza morcovului înaintea procesului de prăjire nu exercită o influenţă semnificativă la conţinutul carotinei, acidului ascorbic şi zaharului general în comparaţie cu prăjirea morcovului fără electroplasmoliză.

164

Pierderile medii a carotinei, acidului ascorbic şi zaharului general la prăjirea morcovului plasmolizat conţine aşadar:19,9;10,9 şi 9,2 % %iar fără electroplasmoliza înainte de procesul de prăjire – 21,7;18,9 şi 10,6%%. Referinţe: 1 Popova, N. Botoşanu, A. Papcenco, S. Berzoi, I. Ţârdea, V. Ciobanu. Proprietăţile optice a sucului de

portocale primit din materia primă electroplasmolizată. Conferinţa Naţională de termotehnică cu participare internaţională, ediţia a IX-a, 27-30 mai 1999, Craiova, pg. 203-208.

2 Попова Н. Электроплазмолиз в технологии производства икры из кабачков. Научные труды Украинского Государственного университета пищевых . технологий 10, Киев, 2001г. стр.174-176

3 Semion Berzoi, Nicolai Botoşan, Igor Ţârdea, Vasile Ciobanu, Andrei Papcenco, Natalia Popova. Tehnologii avansate de extracţie şi selectare a substanţelor preţioase din materia primă vegetală bazate pe fenomenul electroplasmolizei. Instalaţii pentru intensificarea proceselor de transfer de căldură şi masă prin electroplasmoliză" pg. 247 -254 în buletinul ştiinţific al lucrărilor sesiunii. Conferinţa internaţională "Tehnolgii alimentare şi utilaj tehnologic alimentar" care a avut loc la Universitatea "Lucian Blaga" din Sibiu (22-23 mai 1998).

4 Nicolai Botoşan, Semion Berzoi, Nataşa Popova, Andrei Papcenco, Vasile Ciobanu, Igor Ţârdea. Intensificarea schimbului de căldură la nivel intercelular prin prelucrarea electrică a materiei prime vegetale" pg. 257 - 260 în materialele conferinţei. Conferinţa Naţională de termotehnică cu participare internaţională care a avut loc la Piteşti (29-30 mai 1998).

5 N. Botoşanu, S. Berzoi, A. Papcenco, I. Ţârdea, N. Popov, V. Ciobanu. Procesul transferului de căldură cu inerţia termică minimală. Conferinţa Naţională de termotehnică cu participare internaţională, ediţia a IX-a, 27-30 mai 1999, Craiova, pg. 75-78.

165

Electroplasmoliza în tehnologia extragerii sucului din poamă

Papcenco Andrei, Ciobanu Vasilii, Popova Natalia Institutul de Fizică Aplicată al Academiei de ştiinţe din Republica Moldova, lpepv@phys.asm.md

În tehnologia produselor alimentare legate de extragerea sucului din materia primă vegetală, un

proces important este distrugerea membranelor semipermeabile a celulelor ţesutului. De gradul distrugerii membranelor semipermeabile ale celulelor materiei prime vegetale depinde ieşirea sucului şi cheltuielile de extragere a lui. Este important ca după prelucrare membranele de celuloză ale celulelor să nu treacă în suc, deoarece se complică extragerea şi curăţirea lui. Aceasta se poate obţine prin prelucrarea prealabilă a materiei prime vegetale prin diferite metode fizice.

Există diferite metode ce asigură sporirea penetrabilităţii membranelor celulare ale materiei prime vegetale: prelucrarea mecanică, termică, biologică şi chimică; metodele electrofizice – electrice, magnetice, sonore, radioactive, radiale etc. Cele mai răspândite sunt: metodele mecanice şi termice de prelucrare a materiei prime vegetale. Metoda fermentativă (biologică) se aplică rar din cauza duratei procesului prelucrării fermentative; metodele electrofizice n-au depăşit etapa cercetărilor şi încercărilor experimentale în condiţii de producţie.

La prelucrarea produselor alimentare de perspectivă este utilizarea impulsurilor electrice. Acţiunea asupra materiei prime a impulsurilor electrice are avantaje considerabile. Printre ele este concentrarea energiei electrice şi acţiunea ulterioară de scurtă durată prin impuls asupra materialului, ce aduce la efecte calitative noi, ce pot fi puse la baza procedeelor tehnologice noi.

Este de perspectivă utilizarea metodelor complexe de acţiune asupra ţesutului vegetal. Totodată iniţial, de regulă, se utilizează dezintegrarea mecanică. Înaintea extragerii sucului în scopul obţinerii vinului se utilizează metoda de zdrobire a bobiţelor pentru a asigura procesul de fermentare.

Bobiţele de poamă „Izabela” spre deosebire de alte sorturi au o pulpă mucilaginoasă, ce complică separarea sucului. S-au efectuat cercetări privind influenţa prelucrării electrice asupra extragerii sucului prin scurgerea liberă şi prin presarea tescovinei. La prelucrarea electrică s-a utilizat dispozitivul cu impulsuri electrice [1], care asigură reglarea lină a amplitudinii impulsurilor bipolare ale frecvenţei industriale.

S-a obţinut dependenţa rezistenţei specifice a masei mărunţite de struguri de energia specifică introdusă în zona prelucrării electrice (fig. 1), care reflectă că majorarea energiei introduse (în intervalul 0,5-30 Wt-h/kg) duce la reducerea rezistenţei masei mărunţite. Aceasta mărturiseşte plasmoliza protoplasmei celulelor ţesutului bobiţelor.

Am primit dependenţa rezistenţei specifice maselor fărâmiţate de poamă şi energiei de consum specifice introdusă în mediul de electroprelucrare (fig.1 curba1), din care se vede, din care se vede că cu cât mărim energia introdusă în mediul de electroprelucrare în diapazonul 0,5 30 Wt.h/kg duce la micşorarea rezistenţei specifice maselor fărâmiţate. Aceasta ne indică plasmoliza protoplasmei celulelor ţesuturilor poamei. Dar consumul energiei specifice la nivelul de 30 Wt.h/kg sun consistente. Din această cauză sunt efectuate cercetări pentru a găsi posibilităţi de reducere a consumului de energie concomitent asigurând o maximă eficacitate în procesul plasmolizei. Este studiată posibilitatea plasmolizei maselor fărâmiţate de poamă preliminar încălzită după regimul tehnologiei alese. La prelucrarea poamei de soiuri roşii, de exemplu „Izabela”, pentru intensificarea procesului de difuzie a substanţelor colorate din coaja de poamă în suc se aplică o fiertură. Plasmoliza materiei prime la temperaturi mai mari ca 20 0C conduce la o reducere bruscă a consumului specific de energie (fig.1 curba 2 – 4). Aşadar la temperaturi de 200C consumul specific de energie era de aproximativ 30Wt.h/kg iar la temperaturi de circa 600C era doar de 3 Wt.h/kg.

166

Fig.1 Dependenţa rezistenţei specifice a masei mărunţite de struguri de valoarea energiei de consum specifice la temperaturile: 1-200С; 2-400 С; 3-500 С; 4-600 С

Bibliografie

[1] Papcenco A, Popova N, Berzoi S, Ţîrdea. Rolul electroplazmolizei la intensificarea procesului de prejire în tehnologiea producerii icrei din dovlecei. Conferinţa Naţională de termotehnică, Braila, 2000. [2] Papcenco A., Botos an N., Berzoi S., Cebanu V. Fenomenul histerezei în mediul biologic la prelucrarea termică sau electrică. Conferinţa Naţională de termotehnică, Braşov, 23-24 1997. [3] Papcenco A., Cozub G., Kovali N. Electroplazmolizator. Avtorscoe svid US No. 988267, Biuliteni 2, 1983.

167

ANALIZA CAPACITĂŢII ŞI REZISTENŢEI MEMBRANELOR CELULARE

Stanislav Grosu, an. III,USMF „Nicolae Testemiţanu”

Vitalie Zapşa, an. III, Universitatea Agrară din Moldova

Conducător ştiinţific: dr. conf. Vasile Ciobanu, Institutul de Fizică Aplicată Modificările proprietăţilor membranelor celulare prezintă interes şi utilitate în cunoaşterea mai detaliată a

posibilităţilor de funcţionare şi adaptare ale acestora. Studierea caracteristicilor electrice în cercetările ce vizează aspectele biofizice ale membranelor celulare permit evaluarea parametrilor de excitabilitate, ai transferului de masă şi transportului transmembranar, aspecte importante în vitalitatea celulei .

Schimbarea în voltajul celular survenită ca răspuns la aplicarea curentului electric din exterior este într-un fel analogică mecanismului unui rezistor şi în acelaşi timp a unui condensator însă timpul de producere al acestor schimbări în interiorul celulei diferă. Un rezistor propriu-zis răspunde la schimbarea cu un prag a curentului electric printr-o schimbare proporţională în voltajul său general şi aproape simultan, însă celula îşi modifică potenţialul mai lent decît valoarea schimbării a curentul aplicat (fig.1). Aceasta are loc datorită caracteristiclor de rezistenţă şi capacitate prezente în membranele biologice.

Fig.1 Schimbarea în voltajul membranar ( ∆V – sarcina curentului aplicat, a – graficul rezistenţei, b – graficul capacităţii, c – răspunsul membranar real) Pentru a explica în ce măsură capacitatea încetineşte răspunsul voltmetric, amintim că voltajul unui

condensator este proporţional cu sarcina lui:

V=Q/C (1), unde

Q – sarcina, Coulomb C – capacitatea, Farad

adică,

∆V=∆Q/C (2).

Cunoaştem că intensitatea este exprimată prin sarcină şi timp:

I=∆Q/t (3). Din relaţiile (2) şi (3) avem:

∆V=I∆t/C (4).

Mărimea sarcinii electrice a condensatorului fizic în răspuns la curentul aplicat depinde de durata de aplicare a acestui curent (vezi form. 4). Deoarece capacitatea este direct proporţională cu aria plăcilor condensatorului şi distanţa între ele şi ştiind că membranele biologice au distanţa între straturile lipidice de 4nm, atunci capacitatea pe unitate de suprafaţă are valoare de Cs=1µF/cm2, iar capacitatea totală a unei celule în formă sferică este Ct=Cs4πr2. Deoarece capacitatea creşte odată cu dimensiunile celulei este necesar de o sarcină mai mare pentru a produce aceeaşi modificare de potenţial într-o celulă de dimensiuni mai mari faţă de una de dimensiuni mai mici.

Conform ecuaţiei (4) se deduce că voltajul unui condensator creşte odată cu durata timpului de aplicare a curentului. Însă în membrane voltajul se măreşte lent datorită rezistenţei, bazată pe canalele ionice, şi capacităţii unde condensatorul e stratul bilipidic. În aşa fel curentul total care traversează membrana se alcătuieşte din cel ionic – Ii (care trece prin canalele ionice) şi cel de capacitate - Ic, care traversează bariera bilipidică şi schimbă sarcina membranei. Dacă membrana ar avea numai proprietate de rezistenţă, un impuls din exterior ar schimba

b

∆V

a c

168

imediat potenţialul membranar, iar dacă membrana ar avea doar capacitate, atunci potenţialul ar avea dependenţă liniară în timp cu schimbarea pragului de voltaj aplicat.

Să presupunem că potenţialul membranar în momentul t=0 este 0mV, iar curentul aplicat este It. Iniţial voltajul rezistorului şi condensatorului este acelaşi şi e egal cu potenţialul membranar - 0mV (fig.2 ilustrează schema circuitului prin membrană).

Curentul ionic care trece prin rezistor, după legea lui Ohm Ir=V/R, este nul şi astfel curentul aplicat va fi

curentul de capacitate (It=Ic), care traversează membrana cu mărirea potenţialului acesteia. Cu cît creşte voltajul membranar, cu atît mai mult curent va trece prin rezistor (canale ionice) şi mai puţin prin condensator (straturile lipidice), în aşa fel diminuînd schimbarea potenţialului. Eventual potenţialul membranar ajungînd la o valoare la care curentul trece numai prin rezistor, va rămîne constant. La deconectarea curentului aplicat, curentul ionic pozitiv va intra în celulă pentru a restabili potenţialul membranar iniţial Ii=-Ic. Diferenţa de potenţial ce se poate atinge la aplicarea curentului electric din exterior se calculează în baza următoarei relaţii:

∆V(t) = IR(1-e-t/τ), unde

τ - constanta membranară de timp e – baza logaritmului natural

Constanta membranară de timp este timpul în care voltajul iniţial va creşte de (1-1/e) ori, adică cu cca 63%

şi este specific pentru fiecare celulă în parte. Concluzii. Membrana celulară demonstrează ambele proprietăţi analizate, de capacitate şi de rezistenţă.

Iniţial, la aplicarea curentului electric din exterior se manifestă proprietatea de capacitate, iar rezistenţa apare ulterior. Aceasta permite dirijarea permeabilităţii membranelor celulare, controlul transferului intra- şi extracelular al substanţelor prin canale aduse la o anumită stare, de diferite valori ale potenţialului membranar indus.

Bibliografie 1. Koch C. 1999. Biophysics of Computation, pp.25-48. New York: Oxford University Press 2. Hille B. 1992 Ionic Channels of Excitable Membranes, 2nd ed., Sunderland 3. Kukuljan M., Labarca P., Latorre R. 1995 Molecular determinants of ion conduction, Am J Physiol

268:535-556 4. McCormick DA, Hueguenard JR. 1992 A model of electrophysiological propreties of relay neurons J.

Neurophysiol. 68:1384-1400

Intracelular

Monitor

It

Ic

Ir

Extracelular

169

STUDIUL UNOR MODELE DE SIMILITUDINE ALE FENOMENELOR DE CREŞTERE, RESPECTIV ACOMODARE

Pier Paolo Delsanto*, Radu Dobrescu, Dan-Alexandru Iordache şi Viorica Iordache**

* Dipartimento di Fisica, Politecnico di Torino, Italia

** Universitatea “Politehnica” din Bucureşti, Splaiul Independenţei 313, Bucureşti, România

După cum este cunoscut [1], fenomenele de creştere - acomodare constituie o caracteristică de bază a Complexităţii, strâns legată – la rândul său de – caracteristicile de Universalitate. Deoarece Universalitatea poate fi descrisă doar prin numere, este normal ca – alături de modelele clasice de difuzie-reacţie [2] - să fie studiată cu atenţie posibilitatea descrierii fenomenelor de creştere cu ajutorul numerelor (criteriilor) de similitudine.

Pornind de la ecuaţia diferenţială a creşterii (adaptării) unui parametru fizic arbitrar Y(t): )()( tYtdtdY

⋅= π şi

introducând criteriile (funcţiile) de similitudine: t⋅= )0(πτ , )0()()(

YtYty = şi:

)0()()(

ππ ttp = , se obţine ecuaţia de simili-

tudine a creşterii: )()( τττ

ypddy

⋅= . Au fost studiate următoarele cazuri particulare: a) creşterile auto-catalitice,

pentru care ac

constτ

τπ 1.)( == , unde τac este constanta de timp a creşterii autocatalitice, se obţine ecuaţia creşterii

autocatalitice: ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

acY

τττ exp)( , care conduce şi la structuri fractale [2]; b) modelul Gompertz [3] (introdus în

1825, în legătură cu studiul unor tabele privind mortalitatea): prin integrarea ecuaţiei de similitudine a creşterii, cu

densitatea temporală de probabilitate: )exp()()( τττ −=≡ ap [echivalentă cu: addaap =−=Φ≡Φτ

)()( ], se obţine:

( ) Cy +−−= τexpln , deci: [ ])exp(exp τ−−= Cy ; din condiţia: y(0) = 1, se găseşte expresia de similitudine a creşterii conform modelului Gompertz: ( )[ ]τ−−= exp1expy [menţionăm că modelul Gompertz este verificat pentru o serie de procese de creştere a tumorilor [4] – [6], precum şi în descrierile unor fenomene economice [7], ale dinamicii populaţiei [8], etc.], c) modelul West-Delsanto [7], [9]: expresia de similitudine a creşterilor de tipul West-Delsanto [7], [9]: [ ] bbby /1)exp(1 τ−⋅−+= generalizează ecuaţia Gompertz, pe care o regăseşte în cazul 0→b .

Evident, viteza de creştere este dată în acest caz de expresia neliniară: yb

yb

bddy b ⋅−⋅

+= − 11 1

τ; figura 1 prezintă

graficele de similitudine ale creşterilor de tipul West-Delsanto pentru diferite valori ale p, valoarea p = 0 corespunzând creşterilor Gompertziene, iar valoarea 25,0+=p fiind cea aleasă în modelul original al lui West [9]. Fig. 1

Compararea rezultatelor calculate cu cele experimentale arată că modelul West-Delsanto: (i) descrie dezvoltările organismelor vii, în gama protozoare – plante – mamifere, în baza ecuaţiei de similitudine:

170

[ ] bb bMm/1

)exp()( ττ −⋅−= , unde: ( ) bbmM /11)(lim +==∞→

ττ

; (ii) permite scrierea ecuaţiei creşterii în forma de

similitudine: )exp( θ−=z , unde: b

Mmz ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−= 1 este restul de dezvoltare, iar Mbb lnln ⋅−+= τθ este aşa-numitul

timp biologic, (iii) poate fi utilizat pentru descrierea creşterilor tumorilor, cu valori ale parametrului p dependente de natura fractală a canalelor biologice (spre exemplu în angiogeneză) [6], [7]; d) modelul Delsanto [6a], [10]: pornind de la generalizarea: ( )21)( acabaa ⋅+⋅+=Φ expresiei Gompertz a vitezei de similitudine a densităţii

probabilităţii de creştere, se obţine: ∫ ∫⋅+⋅+

=Φ

=+−21)(

lnacab

daa

daKy . Reiese expresia de similitudine a

vitezei de creştere: ττ d

dyd

Kyc

cdKyccd

ddy p

p ⋅−

+⋅+

−⋅−

=12

)(2

, unde: acbd 42 −= , iar: cbdcbdK

22

++−+

= ; se constată

că – deoarece modelul Delsanto include un parametru suplimentar (c) faţă de modelul anterior (West-D.) – acest model prezintă avantaje în direcţia descrierii detaliate a caracteristicilor particulare ale fenomenelor de creştere [10]; e) Modelul acomodării auto-catalitice [11]: după cum reiese din figura 1, modelele de creştere de tip Gompertzian nu includ de regulă puncte de inflexiune ale caracteristicii de creştere (adaptare), după cum se întâmplă totuşi destul de frecvent atât în Fizică, cât şi în Biologie. Din acest motiv, am studiat posibilităţile de descriere a unor fenomene de creştere (adaptare) cu grafice incluzând puncte de inflexiune, sintetizate (pentru un parametru p arbitrar) în forma graficului prezentat în figura 2. Studiul efectuat a evidenţiat [11] posibilitatea descrierii unor procese de creştere (acomodare) de tipul indicat în figura 2 cu ajutorul unor ecuaţii diferenţiale de

tipul: acms

dtpdp

ppdp

pdp

τρ =+

−⋅+

∞. Pentru aliajul alnico, am obţinut [11]: min52≈relτ şi: 1inf min1,0 −

∞≈

pp& .

Fig. 2 Referinţe [1] S. Solomon, E. Shir “Complexity; a science at 30”, Europhysics News, 34(2) 54-57(2003). [2] R. Dobrescu, L. Ichim, D. Crişan “Computer based modelling of 2-dimensional tumour growth”, Proc. 16th

International Conf. on Control Systems and Computer Sciences, Bucharest, vol. 3, pp. 59-63(2007). [3] B. Gompertz, Phil. Trans. Roy. Soc., 115, 513(1825). [4] G. G. Steel “Growth kinetics of Tumors”, Oxford, Clarendon Press, 1974. [5] T. E. Weldom “Mathematical Model in Cancer Research”, Adam Hilger Publ., 1988. [6] a) P.P. Delsanto, M.Griffa. C.A. Condat, S. Delsanto, L. Morra, Phys. Rev. Lett., 94, 148105 (2005); b) P.

Castorina, D. Zappala “Tumor Gompertzian growth by cellular energetic balance”, Physica A, in press; c) C. Guiot, N. Pugno, P.P. Delsanto “Elastomechanical model of tumor-invasion”, Appl. Phys. Lett., 89, 1(2006); d) P. Castorina, P. P. Delsanto, C. Guiot “A classification scheme for phenomenological universalities in growth problems in physics and other sciences”, Phys. Rev. Lett., 96, 188701(2006).

[7] P.P. Delsanto, C. Guiot, P.G. Degiorgis, C.A. Condat, Y. Mansury, T.S. Deisboeck, Appl. Phys. Lett., 85, 4225(2004).

[8] T. Royama “Analytic Population Dynamics”, Chapman & Hall, London, 1992. [9] a) G. B. West, J. B. Brown, Physics Today, 57(9) 36(2004); b) G. B. West, J. B. Brown, B. J. Enquist, Nature,

413, 628(2001); c) J. H. Brown, G. B. West “Scaling in Biology”, Oxford Press, Oxford, 2000. [10] C. Guiot, P. P. Delsanto, A. Carpinteri, N. Pugno, Y. Mansoury, T. S. Deisboeck “The dynamic evolution of

the power exponent in a universal growth model of tumors”, J. Theor. Biol., 240, 459-463(2006). [11] D. Iordache, V. Iordache “Complexity features of the main processes and parameters of some industrial soft

ferrimagnetic materials”, Proc. Joint International Conference “Materials for Electrical Engineering” (3rd edition IEEE RomSc 2006 & 5th edition of MmdE-2006), Bucharest, June 15-16, 2006, Printech Publishing House, pp. 36-41.

171

PERFECŢIONAREA ETAPEI ELIMINĂRII APEI LIBERE ÎN PROCESUL DE DESHIDRATARE A PRODUSELOR TERMOLABILE LA TEMPERATURI

JOASE

Iurie Boşneaga, Mircea Bologa

Institutul de Fizică Aplicată, AŞM, Chişinău, str. Academiei 5, MD-2028, iubosneaga@gmail.com

În condiţiile creşterii permanente a populaţiei globului, înteţirii cataclismelor naturale, epuizării resurselor energetice uşor accesibile, dar concomitent şi ridicării nivelului de viaţă, actualitatea tehnologiilor de deshidratare la temperaturi joase devine tot mai clară şi evidentă.

Eficienţa oricărei tehnologii poate fi caracterizată prin mărimea fracţiei ordinare, numărătorul căreia este proporţional calităţii produsului finit, iar numitorul – cheltuielilor pentru o unitate de producţie (în ultimul timp cheltuielile neapărat includ şi consumul de resurse ecologice). Prin urmare, identificarea tehnologiilor de perspectivă este o sarcină multidimensională complexă de importanţă majoră.

La capitolul “calitate” tehnologiile de deshidratare (uscare) la temperaturi joase sunt practic în afara concurenţei (ele fiind folosite, în primul rând, pentru conservarea produselor alimentare şi farmaceutice termolabile de performanţă şi costisitoare). Calităţii înalte a produsului finit se ataşează posibilitatea păstrării îndelungate a produselor deshidratate la temperaturi obişnuite cu cheltuieli minime pentru transportare.

Unicul neajuns al tehnologiilor tradiţionale de deshidratare la temperaturi joase constă în valoarea mare a cheltuielilor (a numitorului menţionat). Cheltuieli mari sunt cauzate de consumul înalt de energie în schemele tradiţionale de realizare a tehnologiilor de uscare la temperaturi joase. Aceste cheltuieli însă, nu sunt imanente tehnologiilor date şi pot fi reduse considerabil [1]. Direcţiile principale care duc la eficientizarea energetică (şi nu numai) a proceselor de deshidratare la temperaturi joase sunt:

Minimizarea consumului de energie cu potenţial înalt. Realizarea proceselor de uscare la temperaturi joase în condiţii de abur pur (în vid). Acumularea potenţialului de uscare prin stocarea adsorbanţilor deshidrataţi. Folosirea eficientă a potenţialului diferenţei de temperaturi disponibile. Acordarea preferinţei instalaţiilor de funcţionare continuă sau discret-continuă. Eliminarea apei libere fără transfer de fază.

O parte substanţială de apă liberă poate fi extrasă din produs în stare lichidă (fără transfer de fază), în rezultat evitând consumul excesiv de energie (căldura latentă de evaporare a apei la temperaturi joase este relativ mare şi depăşeşte 2400 kJ/kg).

Minimalizarea consumului de energie la extragerea apei libere. De menţionat faptul că pentru unele aplicaţii înlăturarea parţială a apei libere permite obţinerea produsului finit (cum se întâmplă în cazul concentrării sucurilor, în vinificaţie etc.), iar pentru altele (cazul liofilizării) este doar o etapă importantă a tehnologiei, după care deshidratarea continuă până la eliminarea integrală a apei active. Conform [2], pentru concentrarea produselor alimentare lichide sunt agreabile predominant trei metode concurente: crioconcentrarea, osmoza inversă, precum şi evaporarea la temperaturi relativ mari (cu recuperarea, cel puţin parţială, a componentelor aromatice volatile). Din metodele enumerate de preconcentrare a produselor lichide şi păstoase acordăm preferinţă crioconcentrării, care una singură presupune aplicarea obligatorie a temperaturilor joase şi, în consecinţă, asigură calitatea maximă a produsului finit. Crioconcentrarea constă în formarea şi ulterior eliminarea cristalelor de apă la temperaturi sub 00C. Cristalele sunt compuse, aproape în exclusivitate, din moleculele H2O (sărurile şi alte componente rămânând, în cea mai mare parte, în soluţia concentrată). Apa poate forma în diferite condiţii zece modificaţii de gheaţă, densitatea căreia este mai mică decât a lichidului datorită golurilor (cavităţilor) în reţeaua cristalină. Aceste goluri se completează cu molecule de dimensiuni corespunzătoare din soluţie. În felul acesta, din start separarea nu poate fi ideală: cristalele de gheaţă neapărat conţin incluziuni (în cantităţi mai mari sau mai mici, în dependenţă de regimuri şi conţinutul produsului). Însă nici alte metode nu asigură separarea ideală. În plus, afară de producerea sucurilor naturale concentrate, există necesitatea producerii şi a derivatelor de produs natural – a nectarelor (cu conţinutul sucului natural 50%) şi drinks (cu conţinutul componentelor naturale 10%). La producerea acestor băuturi cu succes poate fi utilizată fracţia cristalizată (gheaţa) cu incluziuni minore de substanţe organice.

Experienţele arată, că crioconcentrarea permite (pentru produse lichide tipice cum sunt sucurile naturale, de exemplu, iniţial cu circa 12.5% masice de substanţe solide dizolvate) înlăturarea în formă de gheaţă a peste 80 % din conţinutul total de apă, ceea ce corespunde concentrării aproximativ până la 50 % masice (respectiv pentru apa rămasă la fel 50 % masice din masa totală a produsului). Extragerea apei libere în asemenea cantităţi contribuie

172

substanţial la reducerea consumului de energie în cadrul procesului ulterior de liofilizare propriu-zis (sau deshidratare în vid).

Schema indirectă de crioconcentrare se bazează pe congelarea cristalelor de gheaţă pe perete termoconductibil, menţinut la temperatura sub 0 0C. Răcirea intensivă şi foarte lentă (respectiv la diferenţa de temperatură mare şi mică) duce la formarea cristalelor cu frontul de propagare plat, pe când răcirea moderată asigură formarea cristalelor de formă ramificată, arborescentă a dendritelor. Pentru obiectivele crioconcentrării (din considerente de reducere a consumului de energie şi simplificare a utilajului) este preferabil regimul lent de congelare, respectiv cu graniţa mobilă solid-lichid plată (sau cilindrică, sferică – pentru suprafeţe de schimb termic respective).

Calculul procesului de congelare. Acesta se reduce la rezolvarea problemei J.Stefan cu graniţa de faze mobilă. Problema J.Stefan “plană”

(unidimensională) se reduce la determinarea distribuţiei de temperatură u (x,t) şi a legii mişcării suprafeţei de separare a fazelor gheaţă-lichid ξ = ξ(t) din ecuaţia conductibilităţii termice (în cazul dat - lipsa surselor de căldură interne (qv = 0) - poartă denumirea ecuaţiei Fourier):

21 1

1 1 1 2ρ u uc = kt x

∂ ∂∂ ∂

când 0 < x < ξ(t),

22 2

2 2 2 2ρ u uc = kt x

∂ ∂∂ ∂

când ξ(t) < x < +∞.

Condiţiile univocităţii includ:

condiţiile pe frontieră u1 (0, t) = u1 = const < T, condiţiile iniţiale u2 (x, 0) = u2 = const > T,

precum şi condiţiile la limita congelării: u1 = u2 , dacă x = ξ

şi 1 21 ξ 2 ξ

ξλρx= x= 1u uk kx x t

∂ ∂ ∂− =

∂ ∂ ∂

Ultima condiţie reprezintă legea conservării energiei la graniţa separării fazelor şi poartă denumirea condiţiei J.Stefan. În ecuaţiile de mai sus c1, ρ1, k1 şi c2, ρ2, k2 sunt respectiv capacităţile termice specifice masice, densităţile şi coeficienţii de conductibilitate termică pentru gheaţă şi lichid, λ – căldura latentă masică de topire a gheţii, T – temperatura de îngheţare. Rezolvarea analitică a problemei J.Stefan este posibilă doar în cele mai simple cazuri. Luarea în calcul a dependenţei coeficienţilor faţă de temperatură sau a altor precizări complică soluţionarea problemei şi impune aplicarea metodelor numerice. Din considerente generale reiese că pentru intensificarea procesului de crioconcentrare este indicată lărgirea suprafeţei de contact a fazelor. Constructiv aceasta ar însemna mărirea numărului de tuburi congelatoare odată cu micşorarea diametrului lor. Pentru optimizarea termotehnică a construcţiei crioconcentratorului este suficient de a analiza transferul de căldură la grosimea momentană (dată) a gheţii, substituind problema nestaţionară complexă de mai sus cu una staţionară şi uşor rezolvabilă analitic. Din analiză reiese că în anumite condiţii (limite) creşterea stratului de gheaţă nu împiedică procesul de congelare, dar din contra, contribuie la intensificarea lui (datorită efectului pozitiv de creştere sporită a suprafeţei de contact între faze, care domină efectul negativ de creştere a grosimii gheţii). Intensificarea congelării poate fi obţinută, dacă diametrul exterior al tubului este suficient de mic, şi anume d < Dmin. După depăşirea Dmin intensitatea congelării oricum scade odată cu creşterea grosimii gheţii. Convenţional, drept limita funcţionării “rentabile” a congelatorului poate fi considerat diametrul maximal al gheţii Dlim, la care rezistenţa liniară sumară atinge valoarea iniţială. Generalizând, putem concluziona că micşorarea diametrului tubului d este întotdeauna benefică din punctul de vedere al intensificării procesului de congelare. Constructiv însă, micşorarea diametrului are limite rezonabile. Estimările (calculele preventive) denotă că pentru a beneficia de efectul măririi coeficientului liniar de transmisie de căldură kl (pe măsura creşterii stratului de gheaţă) trebuie de ales d < 3 mm. Bibliografie [1] Boşneaga Iu., Bologa M. Scheme moderne de realizare a proceselor de deshidratare la temperaturi joase. Conferinţa Naţională de Termotehnică cu participarea internaţională, ediţia a XV-a, 26-28 mai 2005, Craiova, România. [2] Edited by S.A. Goldblith, L.Rey and W.W.Rothmayr. Freeze Drying and Advanced Food Technology. Academic Press, London, 1975.

173

Dynamic Lattice Model for Quantum Heterowires Nadejda Zincenco, Denis Nika, Evghenii Pokatilov

Moldova State University, Chisinau, MD-2009

Acoustic phonons participate in all kinetic phenomena in solids. In order to obtain the acoustic phonon spectra in quantum heterostructures of nanometer sizes the continual approach is widely used [1-2]. In long-wave approximation (low energy branches, small values of quantum number q) this approach gives correct dispersion relations, but it is inapplicable for acoustic phonons with short wavelength (high energy branches, large values of q). In this case it is necessary to apply dynamic lattice models proved for all wavelengths [3]. The characteristic feature of the dynamic lattice models is the use of the force constants, which describe the interaction between atoms in the crystal lattice. The system of equations of motion is given by:

2

',( ) ( , ) ( ', , ) ( ', ), 1, 2,3

n lm n w n q D n n q w n q ii il lω = =∑ (1)

Here n is the index for counting the atomic chains of the considered nanostructure, q is the phonon wave vector, ω is the phonon frequency, wi(n,q) are the amplitudes of the displacement vector components, m(n) is the mass of the lattice point and ( , ', )ilD n n q are the elements of the dynamic matrix describing the interaction between atoms of n and n’ atomic chains. For the obtaining of acoustic phonon energy spectra, the system of Eq.(1) was solved numerically. The characteristic features of the phonon dispersion relations can be easily seen on the plots of the phonon group velocity, which is given as ( ) ( ) /s sv q d q dqω= . The dependences of group velocities of phonon modes on phonon wave number q in Si-wire with the cross-section of 5nm x 5nm and in the Si/Ge heterowires of 8nm x 8nm (the cross-section of Si-core is 5nm x 5nm) are shown in Fig.1(a, b). The longitudinal and transversal sound velocities in bulk Si and Ge are depicted with the solid horizontal lines.

Fig.1 The acoustic phonon group velocities for dilatational polarization in (а) Si-wire (5nm x 5nm); (b) Si/Ge heterowire of

8nm x 8nm total cross-section (Si core cross-section 5nm x 5nm). The velocities of 5 lowest acoustic branches are shown; (c) Si/Ge heterowire with the dimension of 8nm x 8nm (Si core cross-section 5nm x 5nm), calculated in the frameworks of

dynamic model and continual approach. As it is obviously seen from these figures: (i) for the both generic wire and heterowire the velocities of all modes by q=qmax trend to zero; (ii) the group velocity of bulk-like mode (s=0) by q → 0 in generic wire is close to the longitudinal sound velocity in bulk Si; (iii) the group velocity for vibration mode with s=0 by small q is smaller in heterowires than in generic wire. It is explained by the influence of cladding Ge shell, sound velocity of which is lower in comparison with Si. For comparison of obtained results with those obtained in the framework of continual approach, the equations of motion (from Ref. [4]) for acoustic phonons were solved numerically. The differences of phonon group velocities obtained in the frameworks of FCC-model and continual approach for several dispersion curves are shown in Fig.1(c). As one can see, for phonon mode with quantum number s=0 for small q<1nm-1 the velocities obtained in the framework of continual approach are close to the velocities calculated in the framework of dynamic FCC model. With the increasing of q the difference between velocities increases and becomes maximal (3,5 km/s) by maximal q. For high energy levels (s=10) the difference between the velocities appears even by small q and reaches the limit value equal to 3,5 km/s by q=qmax. The established with the use of dynamic FCC-model decreasing of phonon energy and group velocities in heterowires may have importance by selection of wires with low phonon thermal conductivity. The research described in this publication was made possible in part by Award No. 05-104-7656 of the INTAS and by the State Projects No.06.35CRF and 06.408.036F of the Republic of Moldova. References [1] Balandin A. A., Pokatilov E. P. and Nika D. L., J. Nanoelectron. Optoelectron., vol. 2, pp.1-31, 2007. [2] E.P. Pokatilov, D.L. Nika and A.A. Balandin, Superlattices Microstruct., vol. 33, pp. 155-171, 2003. [3] Mingo N. and Liu Yang, Phys. Rev. B., vol.68, pp.245406-1, 2003. [4] E.P. Pokatilov, D.L. Nika and A.A. Balandin, Phys. Rev. B, vol. 72, pp. 113311-1 – 113311-4, 2005.

174

Grupuri neabeleane de simetrie şi comportarea sistemelor cu spin total semiîntreg în

raport cu reversarea timpului I.I. Geru

Centrul de Metrologie şi Metode Analitice de Cercetare al A.Ş.M., str. Academiei 3/2, MD-2028, Chişinău,

Moldova, E-mail: iongeru@yahoo.com

Proprietăţile de simetrie ale spaţiului şi timpului au ca consecinţe legi fundamentale ale fizicii. E cunoscut, de exemplu, că omogenitatea timpului duce la legea conservării energiei, iar omogenitatea spaţiului – la legea conservării impulsului. Simetria în raport cu reversarea timpului are ca consecinţă degenerarea Kramers a nivelelor energetice în cazul sistemelor cu număr impar de electroni. În prezenta lucrare sunt obţinute grupurile neabeleane de simetrie de ordinul opt G8

(S) pentru cazurile sistemelor cu spin total semiîntreg S înalt (S = 3/2, 5/2, 7/2, 9/2, 11/2, …), unul dintre elementele de simetrie ale cărora este operatorul inversiei temporare K. S-a determinat forma explicită a tuturor opt operatori, ce formează fiecare din grupurile neabeleane de simetrie G8

(S) menţionate, în dependenţă de valoarea spinului total S. În spaţiul funcţional cu 2S +1 vectori de bază spinoriali, în lipsa cîmpului magnetic, funcţia de undă a sistemului ( ) ( , )S r tΨ

r, dependentă de coordonata saţială r

r, coordonata temporară t şi valoarea fixată a spinului S,

este prezentată printr-un punct în poziţie arbitrară pe suprafaţa sferei (2S+1)-dimensionale. Sub acţiunea operatorilor a patru antirotaţii consecutive în aceeaşi direcţie, fiecare antirotaţie fiind efectuată sub unghiul de 90°, punctul iniţial, ce reprezintă starea cuantică ( ) ( , )S r tΨ

r, va ocupa consecutiv poziţiile a patru vîrfuri ale unui patrat

regulat înscris în sfera (2S+1)-dimensională şi situat în planul ce trece prin centrul sferei şi vîrfurile patratului. Dat fiind faptul că operatorul inversiei temporare este un operator antiunitar (antilinear şi unitar), vîrfurile opuse ale patratului sunt echivalente, iar cele megieşe sunt neechivalente. Patratul cu vîrfurile opuse echivalente şi vîrfurile megieşe neechivalente prezintă o consecinţă geometrică a existenţei grupului abelean de simetrie de ordinul patru G4

(S) format din operatorii K, K2 = - e, K3 = - K şi K4 = - e. Acest grup, la rîndul său, este un subgrup al grupului neabelean de simetrie G8

(S). Celelalte patru elemente de simetrie ale grupului G8

(S) sunt prezentate prin doi operatori, ce descriu reflecţiile în raport cu două diagonale ortogonale ale patratului cu vîrfurile colorate în două colori şi prin doi operatori ce descriu antireflecţiile în raport cu două drepte ortogonale ce trec prin centrul patratului (acest centru coiencide cu centrul sferei (2S +1)-dimensionale) şi mijlocul a două cîte două laturi opuse. E de menţionat, că modelul simplu al unui patrat cu vîrfurile colorate îi două colori corespunde cazului S = 1/2, pe când în cazul spinului semiîntreg S înalt rolul patratului (cubului bidimensional) revine cubului (2S + 1)-dimensional. Cu trecerea de la patrat la cub (2S + 1)-dimensional numărul de perechi de diagonale ortogonale (care în cazul spinului S = 1/2 era egal cu 1) se măreşte cu creşterea valorii spinului S. S-a demonstrat, că din punct de vedere al operaţiilor de simetrie ale cubului (2S + 1)-dimensional toate acaste perechi de diagonale ortogonale sunt echivalente pentru orice valoare a spinului semiîntreg S > 1/2. Aceasta permite de a utiliza modelul unui patrat cu vîrfurile colorate în două colori independent de valoarea spinului semiîntreg S (dacă spinul S primeşte valori întregi diferite de zero, atunci se realizează subgrupul abelean de simetrie de ordinul doi G2

(S)). S-a demonstrat strict, că pentru orice valoare a spinului semiîntreg S operatorul inversiei temporare K poate fi prezentat în formă multiplicativă netrivială K = K1* K2 , unde operatorii K, K1 şi K2 , fiecare în parte, comutează cu Hamiltonianul sistemului H : [K, H] = [K1, H] = [K2, H]. Acest rezultat, obţinut pe baza teoriei grupurilor, demonstrează că pentru sisteme fizice cu spin total semiîntreg, de rînd cu operatorul reversării timpului K, sub acţiunea căruia are loc schimbarea semnelor tuturor operatorilor proiecţiilor spinului SX , SY şi SZ (reversarea „totală” a timpului), există operatorii reversării “parţiale” a timpului K1 şi K2 . Se analizează sensul fizic a operatorilor reversării parţiale a timpului.

175

MODUL ELECTRONIC ANALG-DIGITAL PENTRU CITIREA ŞI PRELUCRAREA INFORMAŢIEI SISTEMELOR TEHNICE

Boldureanu Dumitru, st. an. V USM, Facultatea de Fizică Igor Evtodiev, dr. conf. univ.,USM, cond. Ştiinţific

În prezent sunt o mulţime de instrumente şi module electronice care îndeplinesc diverse funcţii de operare.

Pentru a utiliza aceste instrumente/module, avem nevoie pe de o parte de a comunica analog sau digital, iar pe de altă parte pentru a controla aceste instrumente şi module, sau pentru a primi şi prelucra informaţia primită, avem nevoie de o unitate de procesare şi de o interfaţă. Ca obiect de studiu, pentru a face cît mai rapidă şi mai comodă crearea unei sisteme, ne-am propus să elaborăm un modul ce conţine: un microcontrolor (msp430fe427) care poate fi conectat la calculator prin intermediul interfeţei USB (FT232R). La acest modul pot fi conectate mai multe diferite dispozitive analog sau digital. Programul intern al microcontrolorului conţine un set de funcţii care controlează toate sistemele interne ale lui (Convertorul Analog/Digital, porturile, timer-ele, interfaţa de comunicare). Pentru a dirija microcontrolorul şi respectiv elementele conectate prin intermediul unui PC a fost creat pentru acest modul un SDK (o bibliotecă de funcţii) cu ajutorul căreia se pot crea soft-uri care ar interfaţa modulul cu elementele conectate la el.

În acest fel, modulul electronic prevede posibilitatea de asamblare a unui sistem care ar exercita anumite funcţii predefinite, fapt pentru care este necesar doar de a conecta elementele necesare la modulul elaborat şi de a scrie un soft pentru controlul sistemului utilizând biblioteca de funcţii.

La dorinţa operatorului, dacă modulul electronic trebuie să funcţioneze autonom (independent de calculator) softul de control poate fi scris direct în memoria internă a microcontrolorului, iar informaţia procesată ar putea fi afişată prin intermediul unui LCD sau salvată în memorie şi apoi transmisă la PC prin intermediul USB.

Investigaţiile tehnice au fost implimentate în practică cu posibilitatea de dirijare în regim automat a unei instalaţii experimentale spectrofotometrică pe baza spectrofotometrului SF-18. Rezultatele experimentale sunt structurate şi oferite operatorului atît sub formă de tabel, cît şi în formă grafică cu ajutorul unei biblioteci de funcţii software care accesează modulele interne ale procesorului. Tot odată dispozitivul electronic include mai multe module de conversie la nivel hardware cu ajutorul cărora operatorul atît dirijază procedurile tehnice ale instalaţiei experimentale, cît prelucrează şi analizează datele experimentale. Calitatea, fabilitatea componentelor electronice şi parametrii tehnici ai modulului electronic permit stocarea informaţiei cu o precizie medie şi înaltă.

176

Determinarea benzii energetice iterzise pentru straturi subţiri semiconductoare Buza Victor, cl. XI –a , liceul teoretic “Orizont”

Conducător stiinţific: dr. conf. univ. Igor Evtodiev

În lucrare sunt studiate proprietaţile fotoelectronice ale semiconductorilor, prin investigarea efectului fotoelectric intern. Acest fenomen cuantic este cauzat prin generarea fotoelectronilor în substanţă la absorbţia radiaţiei electromagnetice. Din fotonii incidenţi sunt capabili să genereze fotoelectroni în substanţă doar cei fotoni care au energia νh mai mare decît lăţimea benzii energetice interzise a semiconductorului cercetat (ν mai mare decit frecvenţa de prag, caracteristică materialului).

Informaţii atît despre lărgimea benzii energetice interzise, cît şi despre caracterul tranziţiilor electronice dintre benzi, energiile de legatură, tipul excitaţiei, grosimea eşantionului ş.a., oferă spectrele de absorbţie optică la frontiera fişiei fundamentale de absorbţie a semiconductorului investigat. În lucrare, prin metoda opto-electronica se determină lărgimea benzii interzise a unui strat semiconductor, care conţine lanţuri de nano-particule din Oxid de Fier ( 32OFe ).

Pentru energii ale fotonului mai mari decît gE este valabila relaţia [1] ηννα )( gEhAh −= (1)

unde A – constanta ce depinde de materialul filmului; η – constanta determinată de mecanismul de absorbţie si de structura materialului filmului; α – coeficientul de absorbţie a filmului, care direct determină transmitanţa substanţei :

]exp[ tT film α−= , unde (2) Coeficientul de transmisie pentru eşantion este descries prin formula:

)()(

)(λλ

λsticlă

filmfilm I

IT = (3)

sticlăfilmI , - intensitatea luminii transmise prin lama de sticlă acoperită şi respectiv neacoperită. Valoarea lui I poate fi masurată cu ajutorul fotorezistorului semiconductor utilizat ca detector de lumină .

În acest caz intensitatea este invers proporţională cu rezistenţa electrică a fotorezistorului:

RCI )()( λλ = (4)

Pentru a studia )(λT este suficient sa modificăm direcţia de incidenţă a fasciculului de lumină pe reţea , aşa cum este ilustrat în figura alaturată. Din ecuaţia principală a reţelei de difracţie:

]sin)'[sin( 00 θθθλ +−= dn (5) se determină valoarea unghiului 'θ corespunzatoare lungimii de undă λ, unde n este ordinul de difracţie; d – constanta reţelei de difracţie; 0θ -unghiul dintre vectorul ⊥ pe reţea si axă. (În acest experiment 0θ =0)

Rezultatele experimentale )(, θsticăfilmR au fost verificate cu ajutorul criteriului Grubbs- Smirnov [2] ridicînd dependenţa grafică

film

sticlăfilm R

RT = (6)

ca funcţie de unghiul θ valorile căruia sunt în vecinatatea de o20 . Cu ajutorul graficului găsim unghiul γ pentru care valoarea lui filmT este egală cu valoarea filmT masurată

la o20−=θ [ θγ ≡ | filmT = filmT (- o20 )]. Notăm prin δ diferenţa dintre acest unghi si unghiul de o20

( o20−= γδ ) şi ţinîndu-se seama de ecuaţia (5) , pentru difracţia de ordinul întîi obţinem:

)2sin( δθλ −= d (7)

θo

Reţea

θo

θ'

Axă optică

177

Folosind valorile 1−sticlăR şi

1−filmR , determinăm cu ajutorul

formulelor (7);(6) şi (2) respectiv )(θλ ; filmT şi t⋅α . Înlocuind în (1)

valorile η=1/2 şi A=0.071 nmeV

; folosind

λν c

= şi ridicînd dependenţa spectrala

)()( 2 ννα hfth = se observă o creştere liniară de la 2.24 eV la 2.68 eV . Extrapolînd dependenţa liniară pînă la intersecţia cu axa νh , se determină valoarea energetică a lăţimii benzii interzise pentru semiconductorul 32OFe ,, care este de 2.17 eV 02.0± eV . Din masurătorii otoelectronici a fost determinată grosimea filmului de 32OFe , care era de 206 nm 5± nm .

Pentru calcule au fost folosite următoarele raţionalizări matematice:

)()()()( 2221

gg EhAtthEhAh −=⇒−= νναννα

)()( 2gExAty −=⇒ notînd

)( gExy

− prin m 2)(Atm =⇒

Amt =⇒

mm

tt

2∆

=∆

⇒ , Amt = ,

mAmt

2∆

=∆

∑∑∑ −=

−

+≈

−

+=∆

ii

ii

ii xNx

xyxNxxmy

xNx

xRmy

m22

2

22

22

22

22

22

)()()()()( δδδδδ ; 222 )()()( xmyxy δδδ +=

unde N

xx i

i∑=

2δδ şi

N

yy i

i∑=

2δδ sunt erorile de domeniu pentru x si y .

)(014.0 eVx ≈δ , 2)(9.0 eVy ≈δ )(52

)(10 nmmmtteVm ≈

∆×=∆→=∆→

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛∆⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛∆⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +⋅=∆ 2

222

2222 11 mmy

Nxy

mm

my

Nyxm

mEg

δδδ

)(02.0 eVEg ≈∆

Referinte

1. Ю. И. Уханов Оптические свойства полупроводников, -Наука, М. 1977, pag.148. 2. A. Milea Cartea metrologului, - Editura tehnică Bucureşti 1995, pag. 80-81.

178

Utilizarea tehnologiei OpenGL la modelarea proceselor fizice periodice

Maftuleac Liviu, st. an. V USM, Facultatea de Fizică Radu Zelinski, Preşedinte al Consiliului de Administraţie,

Fundaţia de Software „Societatea Deschisă” Igor Evtodiev, dr. conf. univ.,USM, cond. Ştiinţific

În procesul didactic, la cursurile de fizică, chimie, biologie deseori apare necesitatea de a modela unele

procese şi fenomene fizico-bio-chimice. Aceste modelări electronice ale proceselor dinamice pot fi efectuate virtual cu ajutorul calculatorului.

Scopul Lucrării este de a crea programele coresponzătoare, folosind grafica tridimensională pentru efectuarea simulărilor începând cu fenomene din macrolume – mişcările oscilatorii ale pendulului matematic, şi terminând cu cele din microlume – mişcarea orbitală a electronului în atom. Asemenea simulări pot servi drept material didactico-ştiinţific pentru însuşirea mişcărilor periodice din natură.

Pentru a realiza obiectivul propus, s-a folosit biblioteca OpenGL (Open Graphic Library) elaborată de Silicon Graphics Inc. (SGI) [1], care include un set de funcţii şi instrucţiuni universale ce permit crearea unor elemente grafice în două sau trei dimensiuni. Întrucât această bibliotecă oferă posibilitatea creării virtuale începând cu cele mai simple figuri geometrice (sferă, cub, patrulater) şi terminând cu polinoame complexe, au fost create aplicaţii care modelează structura reţelei cristaline a compusului NaCl, s-a modelat mişcarea oscilatorie a pendulului matematic, precum şi mişcarea electronului în atomul de hidrogen. Toate aceste aplicaţii sunt modelate în scară tridimensională, astfel oferind posibilitatea utilizatorului de a primi informaţia în trei dimensiuni despre fenomenul sau procesul simulat în condiţii speciale. Cu ajutorul tastelor de navigare utilizatorul poate coordona şi poziţiona în spaţiul virtual: înainte (W) înapoi (S), stânga (A), dreapta(S), şi totodată poate roti obiectul virtual în jurul axei X flosind tastele I,K şi în jurul axei Y tastele J,L.

Biblioteca OpenGL a fost aleasă deoarece ea este implementată practic de toate platformele de software existente şi, de asemenea, este recunoscută ca standart şi distribuită sub o licenţă Open Source, ceea ce ne permite utilizarea ei nerestricţionată de licenţele comerciale. Această bibliotecă este în acelaşi timp independentă de platforma hardware folosită, dar poate folosi funcţiile de accelerare ale procesoarelor grafice moderne, permiţând performanţe înalte.

Elaborarea unor astfel de aplicaţii pot contribui esenţial pe de o parte asupra calităţii sistemului educaţional, atât şcolar cât şi universitar, prin implementarea celor mai noi şi performante tehnologii de simulare accesibile în prezent, cât şi pe de altă parte poate compensa la cost redus lipsa unor materiale didactice.

1. http://www.SGI.com

179

Fizica şi Ingineria în Soluţionarea Problemelor Energeticii

V.Canţer

Institutui de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, Chişinău, str. Academiei 3/3, MD-2028, kantser@lises.asm.md

Comunicarea cuprinde o analiză generală a tendinţelor de reconfigurare a cercetărilor fizice şi inginereşti

spre soluţionarea problemelor stringente ale energeticii prin formularea unor concepte noi în dezvoltarea sistemelor şi tehnologiilor energetice. Până în prezent creşterea PIB în toate ţările lumii, inclusiv şi R.Moldova, este insoţită de o creştere similară a consumului de energie. Problema cheie în domeniul dat constă în decuplarea acestor două creşteri pornind de la analiza eficienţei energetice pe toate traseele fluxurilor de conversie, producere, transportare, utilizare etc. a energiei şi stabilirea de abordări noi fundamentate pe suport ştiinţific. Astfel problemele lansării unor modalităţi noi în eficientizarea tuturor ciclurilor energetice şi elaborării de tehnologii şi echipamente noi a devenit de o actualitate stringentă şi necesită o reconfigurare a cercetărilor, şi în primul rînd al celora din domeniul fizicii şi inginerie. În lucrare se prezintă tendinţele noi din lume privind această redimensionare a cercetărilor şi unele oportunităţi existente în R.Moldova. Astfel albiile dezvoltării energeticii durabile se conturează pe următoarele dimensiuni: (i) tehnologiile şi modurile de utilizare finală a energiei (end-use); (ii) transportul, distribuţia energiei şi infrastructura (carriers and Infrastructure); generarea energiei (supply). Problemele de bază din fiecare domeniu cuprind: (i) reducerea consumurilor în gol şi în regimuri de aşteptare; creşterea dotarii cu sisteme intelegente de optimizare a utilizării energiei şi reducere a poluării termice; eficientizarea consumului de energie în transport, industrie etc. (ii) eficientizarea sistemelor electroenergetice; tehnologii de conversie în purtători de energie mai eficienţi; sisteme de acumulare de energie; apropierea surselor de energie de consumator. (iii) eficientizarea conversiei energiei primare în energie secundară; dezvoltarea tehnologiilor convenţionale de producere a energie; promovarea surselor regenerabile de energie; avansarea în energetica atomică şi termonucleară. În soluţionarea acestor şi altor probleme contribuţia sectorului de cercetare se cere în:

1. Elaborarea unor paradigme noi în dezvoltarea energeticii durabile. 2. Dezvoltarea bazelor ştiinţifice pentru tehnologii noi de generare, inclusiv şi a surselor regenerabile. 3. Eficientizarea proceselor tehnologice. 4. Dezvoltarea sistemelor de acumulare a energiei electrice, sistemelor de transport etc. Printre priorităţile eficientizării proceselor industriale se evidenţiază: separări eficiente a proceselor termice la

temperature înalte; dezvoltarea sistemelor de control intelegente, tehnologii pentru procesele chimice şi rafinare a petrolului; furnale, boilere, eficiente; otimizarea transferului de căldură şi a altor fluxuri industriale; procesarea metalelor etc. Dintre oportunităţile soluţionării problemelor energetice din transport se pot identifica: utilizarea transportului cu consum redus; ameliorarea esenţială a eficienţei motoarelor; managementul intelegent al traficului; substituţia combustibilului tradiţional prin biocombustibil; trecerea la celulele de combustie cu hidrogen. O serie de priorităţi se evidenţiază în consumul de energie pentru scopuri casnice: dispozitive de iluminare, încălzire şi climatizoare eficiente; designul „energetic” al clădirilor şi elaborarea materialelor de construcţie orientate spre conservarea energiei etc.

În majoritatea din oportunităţi de soluţionare a problemelor energetice există multe rezerve nevalorificate şi în R. Moldova. O ilustrare elocventă în acest context o reprezintă extinderea utilizării convertizoarelor semiconductoare în electroenergetică. În ţările dezvoltate circa 70% din energia electrică produsă trece prin ele, iar în R.Moldova – sub 20%. Numai o implementare a acestora la cota ţărilor dezvoltate ar aduce o economie de energie electrică de peste 15%. Alt segment ţine de utilizarea sistemelor intelegente şi ca exemplu se poate prezenta sistemul de comandă şi acţionare cu microprocesor elaborat de cercetătorii de la UTM pentru troleibuze, care asigură o sporire a randamentului de peste 25%. Odată cu promulgarea în 2007 a Legii energiei regenerabile a RM oportunităţi bune se deschid pentru dezvoltarea şi valorificarea surselor regenerabile. În contextul dat în cominicare se dă o analiză succintă a situaţiei din domeniu pe plan global şi a posibilităţilor din RM. În contextul antrenării fizicienilor şi inginerilor se trec în revistă variantele noi de tehnologii pentru sistemele fotovoltaice şi eoliene şi rezervele în asimilarea şi valorificarea lor în RM. Se analizează unele probleme ale cercetărilor, care ţin de dezvoltarea tehnologiilor de producere a biocombustibilului. În contextul microsistemelor de conversie a energiei se analizează perspectivele dezvoltării dispozitivelor termoelectrice. În finalul cominicării se analizează aspecte ale energeticii durabile a viitorului, legată de energetica hidrogenului.

180

Surface polaritons on metallic and semiconducting elliptical cylinders: A complex angular momentum analysis

E.Curmei, V. Kantser

Institute of Electronic Engineering and Industrial Technologies ASM, Academiei 3/3, MD2028 Chisinau, Moldova, e-mail: eugenia.curmei@gmail.com

Surface plasmons and polaritons play a significant role in a variety of areas of fundamental and applied research, from surface dynamics to surface-plasmon-polariton microscopy, surface-phonon-polariton resonance technology, and a wide range of photonic applications. Concerning the last there is a growing interest in the study of photonic crystals containing metallic or semi- conducting components, when the frequency-dependence of the dielectric function ε(ω) of these materials, as well as the presence of a frequency range where ε(ω) < 0, lead to new features which do not exist in conventional photonic crystals (PC) and which are mainly linked to the presence of surface plasmons or polaritons (SP’s). In the case of metal cylinder embedded in a host dielectric medium, SP’s follow from the coupling of the electromagnetic wave with the plasma wave and are usually called surface plasmon polaritons. In the second one of semiconductor cylinder, SP’s follow from the coupling of the electromagnetic wave with the longitudinal and transverse acoustic waves and are usually called surface phonon polaritons.

In the paper we study the SP’s propagating of electromagnetic waves close to curved metal-dielectric (M-D) or semiconductor-dielectric (S-D) interfaces of elliptical cylinders in the framework of complex angular momentum techniques. The analysis is performed on the basis of Maxwell’s equations in the Helmholtz form using S-scattering matrix approach giving all the information about the scattering process. In comparison with symmetrical cylindrical case considered in [1] the presence of elliptical interfaces is more complicated and the angular and radial Mathieu functions are involved instead of Bessel functions.

The occurring SPs correspond to a particular Regge pole of the S-matrix of the elliptical cylinder. Then, on the basis of S- matrix the total scattering cross section per unit length of the cylinder is obtained by using the optical theorem. In Figs. 1a and 2a, we present two examples of total cross section, which are plotted as functions of the reduced frequency ωf/c (where f is the filling factor of the composite).

Fig.1a.Total cross section σ for M-D PC. Fig.1b. Total cross section σ for M-S PC.

On the two figures, rapid variations of sharp characteristic shapes can be observed. This strongly fluctuating behavior is due to scattering resonances, which are the Regge poles of the S-matrix. Using the associated Regge trajectory the spectrum of the complex frequencies of the resonant surface polariton modes are obtained semiclassically and they have the form of Breit-Wigner-type resonances with the resonance excitation frequencies obtained from the Bohr-Sommerfeld type quantization condition in the form

221

222

2222

441

∞∞ +−

−

=

εξεξεε

ωω

mqSinhqSinhm hh

pSP

for M-D PC, and

14

4

44

221

222

2222

222

122

22222

2

−+

−

−+

−

=

∞∞

∞∞

εξεξεε

ωεξε

ξεεω

ω

mqSinhqSinhm

mqSinhqSinhm

hh

Lhh

T

SP for S-D PC.

For ∞→ξ we obtain ( )21,qqSPω for the case of a circular cylinder [1]. On the basis of the developed approach we demonstrate that the behavior of nanowire composites is strongly

influenced by the elliptical geometry and it provide new possibilities in developing anisotropic nanowire-based metamaterial 1. S. Ancey, Y. Decanini et al., Phys. Rev. B70, 245406 (2004).

181

Deposition of Nickel films by TVA C.C.Surdu-Bob, C.Iacob, M.Badulescu, C.P.Lungu, C.Georgescu

Plasma diagnostic techniques are essential for understanding of process parameters. In plasma-assisted deposition,

ion energy and deposition rate are key parameters for technological control.

In this paper, a systematic study of the correlation of electrical parameters of the plasma with ion energy

distributions and deposition rate is presented.

The deposition method used in this study is Thermionic Vacuum Arc (TVA) ignited in Nickel vapors.

The TVA deposition method briefly consists in obtaining a plasma in the vapors of the material to be evaporated.

The vapors are obtained by heating the material with thermo electrons generated by an externally heated filament.

The plasma is localized above the anode. The ions created in this plasma are accelerated towards the chamber walls

(and subsequently towards the substrate) due to the potential difference between the plasma and the grounded

walls. The energy of ions is directly proportional to this potential difference. This is an important feature of the

method, as ion energy can be relatively easily controlled by external parameters.

An in-house, computer-controlled RFA analyzer was used for determination of ion energy distributions in these

plasmas. The retarding field analyzer (RFA) is an electrical probe capable of providing ion energy distributions in

plasmas. The RFA is a combination of a Faraday cup and a grids ensemble. The basic principle of an RFA is the

measurement of an electrical current given by electrically charged plasma species against a retarding voltage. The

distribution function is obtained from the first derivative of the I-U characteristic.

AFM analysis have shown that the Nickel films obtained by TVA are very smooth.

It was found that the ion energy increases with the power introduced into the system and it also decreases with

decreasing filament current. The adherence for the films deposited by TVA was found to be very good. A clear

picture of the optimal TVA plasma conditions for the highest adherence and also deposition rate was obtained.

182

CONSIDERAŢII PRIVIND FENOMENE ELECTRICE IN ATMOSFERĂ

T. GROSU Universitatea Agrara de Stat din Moldova

str. Mirceşti 44, or. Chişinău, MD-2049 Republica Moldova Sunt abordate probleme referitor la câmpul electric terestru global, variaţia lui diurnă globala şi fazele de

evoluţie a unui nor de furtună: încărcarea electrică iniţială, inversarea direcţiei câmpului electric în spaţiul „sol-nor”, încărcarea ulterioară a norului, descărcarea electrică fulger, reîncărcarea norului după fulger, consecinţe.

În baza estimărilor densităţilor de sarcină electrică şi curent electric ale fluxurilor solar de protoni şi cel terestru de electroni( e vorba de disipaţia atmosferică) s-a ajuns la concluzia că ipoteza extraterestră de origine a câmpului electric global poate servi alternativă celei în vigoare, conform căreia acest câmp este generat de norii de furtună prin descărcările lor fulger către sol şi ionosferă. Vântul solar la graniţa cu magnetosfera constituie peste 90% protoni de o concentraţie ~ 310 −cm , mişcându-se cu o viteză ~ 700 km/s, ceea ce creează un curent de o densitate ~10-6A/m2, adică cu 6 ordine depăşeşte densitatea curentului de la ionosferă către sol. Însă o foarte mică parte din aceste particule pătrund la suprafaţa terestră .Cauza e că particulele sunt capturate de câmpul magnetic terestru, dar totuşi admisibil e faptul că a 10-6 parte din acest flux poate ajunge la suprafaţa terestră, creând curentul şi câmpul confirmat prin măsurări globale. Se aduc estimaţii numerice.

Referitor la variaţia diurnă a câmpului global cu valoarea maximă a intensităţii la ora 1900 Grinvici se presupune, că această variaţie urmează pe cea a ariei suprafeţei terestre, supuse radiaţii solară. Această arie conform estimărilor atinge valoarea maximă la ora menţionată, procesul fiind condiţionat de cantitatea de apă (vapori, particule), ce persistă în atmosferă. Acest parametru este o caracteristică globală a fenomenelor electrice atmosferice, deoarece concomitent caracterizează şi rezistenţa electrică totală, majorarea căreia contribuie la majorarea intensităţii câmpului electric dintre nor şi sol şi intensificarea activităţii electrice a norilor. De ţinut cont, că la majorarea umidităţii aerului conducţia electrică specifică se micşorează.

Procesul de încărcare electrică (electrizare) a norului depinde de timpul de la apariţia norului. La faza iniţială din două tipuri de polarizare electrică – dielectrică şi prin curentul terestru exterior al doilea este dominant şi adecvat explică polaritatea norului spre deosebire de primul tip. Însă la această fază (de până la inversarea direcţiei câmpului electric) se implică şi alte mecanisme, mai eficiente, cum or fi creşterea dimensiunilor picăturilor, numărului lor, cea ce în mod considerabil aduce la creşterea norului în întregime şi a sarcinii electrice acumulate de el. Procesul acesta cu o intensitate sporită avansează şi la faza după inversarea direcţiei câmpului electric, care în cele din urmă atinge intensitatea de străpungere a mediului dintre nor şi sol (sau dintre nor şi nor), ceea ce se soldează cu descărcarea electrică fulger.

E de menţionat, că teoriile fenomenelor de electrizare a norilor se reduc la mecanismele de încărcare electrică a picăturilor şi cristalinelor de gheaţă, ce constituie norul. Una din teorii (Vilson, 1929) reiese din ipoteza, că la căderea verticală a picăturii ea se încarcă preponderent negativ, deoarece picătura este polarizată de câmpul electric exterior terestru cu polul „+” în partea inferioară şi în calea sa respinge ionii pozitivi, acaparându-i pe cei negativi. Ipoteza explică polaritatea norului, însă concentraţia ionilor în atmosferă este insuficientă pentru explicaţii cantitative. O altă teorie (Frenkeli, 1949) presupune, că picăturile posedă proprietăţi selective de acaparare a ionilor, însăşi aceste proprietăţi rămân neexplicabile. În conceptul nostru la faza iniţială de electrizare procesul poate fi considerat staţionar (mai exact cvasistaţionar) însă după inversarea câmpului electric, adică la faza a doua de electrizare a norului procesele parcurg destul de rapid, adiabat, şi nicidecum nu pot fi considerate staţionare. Pentru explicarea fenomenelor care au loc în procesele menţionate e necesar de reieşit din ecuaţiile diferenţiale nestaţionare. Estimaţiile numerice demonstrează că curenţii de deplasare (nestaţionari) pot lua valori nu mai mici, decât cei de conducţie.

După primul fulger urmează mai multe (din acelaşi nor) cu interval de timp relativ mic ~ 5 s. Acest fenomen se explică prin timpul de relaxare electrică mic a aerului ionizat în rezultatul fulgerului. Încărcarea norului în interiorul condensatorului sferic „sol-ionosferă”, după cum e modelat câmpul electric global până la primul fulger se caracterizează de timpul de relaxare a aerului în condiţii relativ normale şi acest timp constituie ~ 103 s. După fulger aerul devine ionizat şi posedă o conductibilitate electrică specifică de sute de ori mai mare decât cea de până la fulger, de aceea şi timpul de reîncărcare va fi aproximativ în acelaşi raport mai mic decât până la fulger.

Spaţiul dintre sol şi nor după părerea autorului poate fi modelat ca un contur oscilant. Prin ipoteză se admite că traiectoria fulgerului prezintă o linie frântă după o spirală spaţială, de aceea nu este exclusă inductanţa fulgerului. Probabil, şi sub acest aspect pot fi discutate şi cercetate fenomenele electrice în atmosferă.

Sunt discutate unele consecinţe a apariţiei câmpului magnetic şi presiunii magnetostrictive ce apar în preajma canalului de descărcare. Se presupune că din cauza instabilităţii hidrodinamice această presiune poate conduce la fenomenul fulgerului sferic.

183

Stări de Cuantificare Dimensională în Gropi Cuantice Parabolice Finite

V. Canţer , I. Socolenco

Institutui de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, Chişinău, str. Academiei 3/3, MD-2028, kantser@lises.asm.md

Stările electronice în gropile cuantice formate din semiconductori de mai mulţi ani sunt în atenţia cercetării

din fizica structurilor de dimensionalitate redusă. La rând cu groapa cuantică tradiţională de configuraţie pătratică în ultimul timp tot mai des se studiază groapa cuantică (GC) de formă parabolică. Stările electronice în această configuraţie se analizează de obicei în modelul potenţialului parabolic nelimitat cu masă constantă a purtătorilor. Însă structurile reale se caracterizează printr-o lăţime finită a semiconductorului, ce formează stratul gropii. Astfel comunicarea cuprinde studiul stărilor şi efectului de cuantificare dimensională într-o groapă potenţială parabolică de adâncime finită ţinând cont de valorile diferite ale masei efective în straturile ce formează groapa cuantică parabolică.

Studiul s-a efectuat în baza metodei masei efective cu masă variabilă şi pentru determinarea stărilor pare de cuantificare dimensională s-a obţinut următoarea ecuaţie transcendentă:

0),21,(1141),

23,(4

21

=⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛−⎥⎦

⎤⎢⎣⎡ −

++ VMV

VM ααγαα ,

unde b

g

mm

=γ , ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

V

2

141 θα , 2

22 2

h

Eamg=θ , 20

22 2

h

VamV g= ,

M este funcţia hipergeometrică, V0 este adâncimea maximală a gropii, iar 2a este lăţimea ei. mg şi mb sunt masele efective, respectiv, în groapă şi barieră. Pentru stările impare se obţine o ecuaţie similară cu substituţia funcţiei hipergeometrice de tip M prin funcţia de tip U. Influenţa dimensiunilor finite ale GC asupra cuantificării s-a cercetat prin prisma a doi parametri lăţimea şi înălţimea gropii. În fig. 1 se prezintă rezultatele calcului dependenţelor nivelelor energetice ale stărilor de cuantificare dimensională în funcţie de lăţimea gropilor. Graficele din fig.1 demonstrează elocvent influenţa efectelor de groapă cu dimensiuni finite asupra spectrului energetic de cuantificare dimensională în GC, şi îndeosebi intensificarea lor la lăţimi şi înălţimi mici ale GC. S-a arătat că diferenţa în valorile maselor din GC şi barieră la fel modifică esenţial nivelele de cuantificare faţă de nivele oscilatorului armonic din GC infinită. La fel se modifică esenţial şi dispersia subbenzilor de energie în planul GC şi acest lucru este ilustrat în fig. 2. Se poate observa că spectrul subbenzilor devine neparabolic în groapa finită şi această neparabolivitate este diferită pentru diferite subbenzi de energie.

200 400 600 800 1000

well semiwidth , A

0

0.05

0.1

0.15

0.2

ygrenE,

Ve

V0=0.2eV, mw=0.067 me, γ=0.2, k=0

©SESIL

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

wave vector k, A−1

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

ygrenE,

Ve

V0=0.1eV, mw=0.067 me, γ=0.5, a=500

©SESIL

Fig. 1. Nivelelor energetice ale stărilor de cuantificare Fig. 2. Dispersia subbenzilor de energie dimensională în funcţie de lăţimea gropilor cuantice

184

Interacţiunea de Imagiere în Nanostructuri Duble de Configuraţie Sferică şi Cilindrică

V. Canţer , I. Cebotari

Institutui de Inginerie Electronică şi Tehnologii Industriale, AŞM, Chişinău, str. Academiei 3/3, MD-2028,

kantser@lises.asm.md

Nanoparticulele sferice şi nanofirele cilindrice sunt pe larg utilizate în tehnologiile de inginerie a metamaterialelor, materialelor plasmonice etc. Acestea din urmă devin tot mai promiţătoare pentru utilizare în diverse dispozitive fotonice, electronice, magnetice şi altele. Astfel de structuri compozit cu nanofire sau nanosfere oferă posibilitatea de a reconfigura controlabil proprietăţile şi a pune în evidenţă fenomene noi. În această direcţie este concludent exemplul materialelor fotonice de tipul metalo–dielectric, în care s-a decoperit fenomenul transmisiunii extraordinare a undelor electromagnetice. Diferenţa în valorile parametrului permitivităţii dielectrice şi modularea lui în materialul fotonic metalo-dielectric duce la proprietăţi spectaculoase a materialului compozit, la mecanisme noi de redimensionare a proprietăţilor optice. O problemă aparte condiţionată de diferenţa valorilor parametrului permitivităţii dielectrice este legată de interacţiunea electrostatică de imagiere a unei sarcini punctiforme (lineare) cu două nanosfere (sau nanofire) datorită efectului de polarizare ale ultimelor. În lucrare se studiază interacţiunea prin imagiere a unei sarcini electrice cu o nanostructură dublă de configuraţie sferică şi cilindrică (Fig. 1). Soluţionare problemei după analiza interacţiunilor cu o nanostructură simplă solitară s-a efectuat pe etape. La prima fază s-a studiat interacţiunea pentru un sistem de două sfere concentrice, care în virtutea simetriei corespunzătoare permite de a obţine expresiile analitice pentru interacţiune cu toate că expresiile pentru potenţiale se exprimă printr-o serie infinită de termeni, ce rezultă din infinitatea de imagini, care se generează. În baza dată la faza următoare se soluţionează problema a două sfere arbitrare separate. Prin transformarea de inversare a metodei de inversie se reuşeşte de a utiliza în calcul algoritmul utilizat pentru sferele concentrice. Utilizând sistemul de coordonate bipolare se calculează potenţialul şi în baza lui energia de interacţiune, care are forma

)(csc)(csc)2/(csc221

1

2 ϖβθϖαθϖ shshshqUs

−−++−−= ∑∞

=

.

Dependenţa energiei de interacţiune de distanţa de la axa sistemului (axa ce uneşte centrele sferelor) este o funcţie pară cu minimul pe axă şi acest lucru este ilustrat în Figura 2.

а

Q0

Dа

ρ1ρ1

φ αr1

ζ0

-4-2

0

2

4

x-1

-0.5

0

0.5

1

y

00.0250.05

0.0750.1

Energy

-4-2

0

2x

Fig. 1. Configuraţia sistemului cu două Fig. 2. Energia de interacţiune a unei sarcini nanoparticule sferice punctiforme cu două nanoparticule în funcţie de poziţionarea sarcinii În ultima parte a tezei se analizează interacţiunea unei sarcini filiforme cu doi conductori cilindrici. Iaraşi ţinînd

cont de simetria sistemului problema se reduce la interacţiunea unei sarcini punctiforme cu două discuri. Ultima mai departe se soluţionează în baza unui algoritm similar cu nanosferele.

185

Abramciuc V. 129, 153

Aculinin A. 144, 146

Alexandrov S. 61

Alkaz V. 154

Altuhov A. 118

Andries A. 77

Askerov A.S. 16

Badulescu M. 181

Balabay R.M. 73

Balandin A.A. 15, 83

Balmus I. 86

Belousov I.V. 38

Bivol V. 56, 77

Blinov I. 100

Bobeico E. 69

Bodiul P.P. 29

Bogatencov P. 118

Bojko M. 65

Bologa A. 107, 115

Bologa M. 89, 101,

102, 107,

109, 110,

161, 171

Bondarciuc N.F. 29, 46

Bordeianu V. 161

Boşneaga I 171

Botnari O. 32

Botnariuc V. 67

Brinzari V. 100

Bruk L. 69, 70

Budeşteanu S. 148

Buinitskaya G. 85

Buzurniuc S.A. 74

Caltun O. 124

Călţun O.F. 19, 135,

136

Caraman I. 28, 57

Caraman M. 28, 58,

68

Casian A. 86

Chernonog E.Yu. 73

Chetruş P. 18

Chioran V. 20, 22, 131, 133

Chiritoiu V. 123

Chistol V.G. 14, 31

Ciobanu V. 159, 165,

161, 167

Citro R. 48 Cojevnicov I. 108

Colev A. 23

Colibaba G.V. 80

Colomeico E. 62

Comerzan L. 50, 51

Condrea E 88

Corovai A.V. 38

Coval A. 70

Cuciuc T. 89, 102

Cuculescu E. 57, 58

Culiuc L.L. 87

Curmei E. 180

Dan’kiv O.O. 82

Dantu M. 66

Delsanto P. P. 169

Digor D.F. 48 Dihor I. 71

Dobinda I.I. 37

Dobrescu R. 169

Dohotaru L. A. 48 Donu S. 66

Dotenco D. A. 53

Duca M. 128

Dumanov E.V. 30

Dumcenco D. 23

Dumitraş P. 89, 101,

102

Dumitru I. 124

Dusciac R. 86

Dusciac V. 86

Enachi V. N. 53

Entel P. 48 Evtodiev I. 57, 58

Feychuk P. I. 13

Filip B. 98, 99

Gagara L. 25 Galeamov E. 24 Gamurar V. Y. 53

Gaşin P. 18, 25,

36, 68

Gaugaş P. 67

Georgescu C. 181

Geru I.I. 174

Gheorghiţă E. 52, 128,

137

Gherman C. 23, 85

Ghilan Z. 71

Gilca G. 144

Ginsari V. 155

Giurgiu L. 125

Gonţa M. 47

Gorceac L. 67, 70

Gorley P.M 112

Grabco D. 61

Grebenşcicov V. 158

Grosu S. 167

Grosu T. 110

Grosu T. 182

Guţuleac L. 52

Harea D. 62

Harea E. 61

Hmelenko O.V. 90

Iacob C. 181

Iacunin V. 105

Ignea D. 113, 114

Iordache D.-A. 26, 138, 169

Iordache V. 26, 169 Iovu M. 62, 75

186

Isacova C. 17

Isiciko I. 154

Ivanov M. 100

Jeru V. 63

Kalytchuk S.M. 13

Kantser V. 66, 179,

180, 183,

184

Kerner Ia.I. 91

Khadzhi P.I. 38, 39,

40, 41,

43, 44

Kiselyova E. 33

Klokishner S.I. 54, 55

Konopko L.A. 29

Korbutyak D.V. 13

Korolevski B. 50

Korotcenkov G. 100

Korovai O.V. 39

Kovalenko A.V. 90

Kryskov A.A 64

Kryskov Ts.A. 65, 112

Kulicova O.V. 87

Kuzyk O.V. 81, 94

Kysselyuk P. 65

Lazar G. 28

Lazar I. 28

Lelyakov I. 33

Levitskyi S.M 65

Liberman M.A. 30

Liuţe D. 101

Luminosu I. 113, 114

Lungu C.P. 181

Lupan O. 111

Lyakhomskaya K. 43, 44

Lysy I.V. 64

Malakhov A.V. 103

Malcoci Iu. 141, 142

Manak I.S. 96, 97

Mardarschi O. 109

Markov D.A. 38

Meglei D. 66

Meliniciuc О.N. 149

Meshalkin A 56

Meteliţa S. 18

Micloş S. 125

Micu F. 20, 22, 131, 133

Mirovitskii V. 85

Mitioglu A. 120

Moloşnic E.F. 32

Morozov V. 120

Morvillo P. 69

Moskalenko S.A. 30, 33,

37

Moskalenko V.A. 48 Munteanu F.M. 31

Munteanu F. 14

Nad`kin L.Y. 44

Nastas A. 77

Neaga V. 158

Nedeoglo D.D. 78, 80,

87, 90

Nedeoglo N.D. 78

Nedolya A.V. 92

Negrea R. 122, 123

Nezhevenko K.А. 93

Nicorici A. 18, 84

Nicorici V. 18

Niculescu V. I. R. 125

Nika D.L. 15, 16,

17, 83,

173

Nikolaeva A.A. 32

Novikov V.V. 93

Omelchenko S.A. 90

Orlezkiy I.H 112

Ostrovsky S.M. 54, 55

Palii A.V. 54, 55

Palistrant M.E 49

Papcenco A. 159, 161,

165

Para G. 32

Pavlenko V.I. 37

Peleshchak R.M. 81, 82,

94

Penin A. 104

Perenboom Jos A A J

88

Pîrţac C. 126

Pocotilenco V. 118

Podlesny I. 33

Pokatilov E.P. 15, 17,

83, 173

Policarpov A. 107

Popa M. 95

Popescu E. 50

Popov I. A. 34

Popova N. 163, 165

Prilepov V. 63

Prisacar A. 56, 77

Prisacari A. 74

Pyshkin S.L. 35

Radevici I.V. 87

Raevschi S. 67

Railean S. 111

Reu O.S. 54, 55

Robu S. 56

Romanov L. 158

Rotaru C. 36, 68

Russu S. 33

Rusu A. 66, 126

Rusu G.I. 95

Rusu M. I. 125

Rusu S. 126

Ryabchikov D.V. 73

Savu V. 125

Scutelnic E. 105

Serditov V. 59

187

Shao Qinghui 15

Sharkany J. 106

Shcherbak L. P. 13

Sherban D. 69, 70

Shikimaka O. 61

Shishiyanu S. 111

Shishiyanu T. 111

Shmiglyuk M.I. 30

Shuptar D.D. 82

Sidorenco V. 118

Simashkevich A. 69, 70

Siminel A.V. 87

Sirkeli V. P. 78, 87,

90

Slepnev I. 77

Smicov V. 146

Smîslov V. 105

Sobolevskaia R.L. 90

Şontea V. 111

Spînu V. 137, 140

Spoială D. 63, 71

Sprincean E. 107

Stamate M. 28

Stamov I.G 42

Stancu A. 124

Stefan A.G. 30, 37

Stronski O.V. 64

Surdu-Bob C.C. 181

Suşchevici K.D. 87

Tenciu D. 125

Tiginyanu I.M. 78

Tikhanovich V.U. 96

Timoshenko V. 17

Titov I.N. 92

Tkachenko D.V. 40, 42

Todoran D. 106

Todoran R. 106

Towe E. 54, 55

Tsukerblat B.S. 55

Tupychak V.P. 82

Ţurcan A.C. 29

Tymkiv O.M 112

Untilă P. 137

Ursaki V.V. 78

Ursu V.A. 49

Usatii Iu. 69, 70

Usenco V 59, 60

Ushakov D.V. 96, 97

Vasiliev V.V. 41

Velichko I.G. 92

Verlan V.I. 74

Vieru S. 32

Vilotic D. 61

Vlad L. 56

Vlasenko O.I 65

Zaharie I. 113, 114,

122, 123

Zapşa V. 167

Zasavitsky E.A. 151

Zincenco N.D. 83, 173

Аrnaut N.А. 149

Гараба И.А. 152, 156

Засавицкий Е.А 152, 156

Ким Н.С. 152, 156

Стасенко В.Н 152, 156

Socolenco I. 183

Cebotari I. 184