Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2024, № 5

Российская академия наук
ПОВЕРХНОСТЬ
РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ 
И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
№ 5      2024      Май
Журнал основан в 1982 году 
Выходит 12 раз в год
ISSN: 1028-0960 
Издается под руководством 
Отделения физических наук РАН
Главный редактор
Член-корреспондент РАН А.А. Левченко
Редакционная коллегия:
Г.Е. Абросимова, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора); В.Ю. Аристов, д.ф.-м.н.; 
А.С. Аронин, д.ф.-м.н.; А.В. Белушкин, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; В.А. Бушуев, д.ф.-м.н.;
Н.В. Волков, д.ф.-м.н.; А.Э. Волошин, д.ф.-м.н.; С.В. Григорьев, д.ф.-м.н.;
В.П. Дмитриев, д.ф.-м.н.; А.П. Захаров, д.ф.-м.н.; В.М. Каневский, д.ф.-м.н.;
М.В. Ковальчук, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; Д.П. Козленко, д.ф.-м.н.;
О.В. Коновалов, к.ф.-м.н.; С.В. Коновалов, д.т.н.; 
Э.А. Коптелов, д.ф.-м.н. (заместитель главного редактора);
Е.С. Клементьев, к.ф.-м.н. (ответственный секретарь); А.А. Лебедев, д.т.н.; 
Д.В. Рощупкин, д.ф.-м.н.; А.В. Солдатов, д.ф.-м.н.; В.Г. Станкевич, д.ф.-м.н.; 
Д.Ю. Чернышов, к.ф.-м.н.; Н.И. Чхало, д.ф.-м.н.; Xizhang Chen, PhD
Редакционный совет:
Председатель: В.А. Матвеев, д.ф.-м.н., академик РАН;
В.Л. Аксенов, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; Ю.А. Владимиров, д.б.н., академик РАМН; 
О.Д. Далькаров, д.ф.-м.н.; В.В. Кведер, д.ф.-м.н., академик РАН;
Г.Н. Кулипанов, д.ф.-м.н., академик РАН; И.Г. Неизвестный, д.ф.-м.н. член-корр. РАН; 
Н.Н. Салащенко, д.ф.-м.н., член-корр. РАН; Э.В. Суворов, д.ф.-м.н.
Заведующая редакцией Н.В. Еременко
Научные редакторы: Н.Е. Новикова, О.Н. Хрыкина
Адрес редакции: Москва, ул. Бутлерова, 17а
Телефон: +7 (499) 743-00-32
E-mail: surf@crys.ras.ru
INTERNET: http://www.issp.ac.ru/journal/surface/
Ɇ 
ɨɫɤɜɚ
Ɏ 
ȽȻɍ ɂɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨ «ɇɚɭɤɚ»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала «Поверхность. 
Рентгеновские, синхротронные и нейронные  
исследования» (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Номер 5, 2024
О мультислойной адсорбции алканолов в окрестности перехода жидкость–пар на границе 
предельный углеводород–вода
А. М. Тихонов, Ю. О. Волков 
3
Исследование пластичности мемристивных структур на основе эпитаксиальных пленок Nd2–xCexCuO4–y 
Н. А. Тулина, А. Н. Россоленко, И. М. Шмытько, И. Ю. Борисенко, А. А. Иванов 
8
Механолюминесценция и оптически стимулированная антистоксовая люминесценция композитов 
на основе эпоксидной смолы и люминофоров алюминатов стронция 
SrAl2O4:Eu2+,Dy3+ и Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+
А. Ф. Банишев 
16
Исследование влияния концентрации ферромагнитной примеси на магнитные свойства 
бинарного сплава палладий–кобальт
И. И. Гумарова, А. И. Гумаров, И. В. Янилкин 
24
Определение энергии активации дефектов в сегнетоэлектриках методом температурной 
активации–релаксации диэлектрической проницаемости
Д. В. Кузенко 
29
Исследование миграции водорода в титане с использованием вихревого электромагнитного поля 
и ускоренных электронов в допороговой области
Ю. И. Тюрин, В. В. Ларионов 
35
Осаждение износостойких нанокомпозитных покрытий из ускоренных ионов С60
В. Е. Пуха, Е. И. Дроздова, О. П. Черногорова, И. Н. Лукина, М. И. Петржик, А. А. Бельмесов 
45
Влияние облучения электронами на оптические свойства порошка оксида цинка, 
модифицированного наночастицами оксида магния
М. М. Михайлов, В. В. Нещименко, С. А. Юрьев, А. Н. Лапин, В. А. Горончко, 
А. Н. Дудин, В. Ю. Юрина 
53
Комплексная диагностика слоев кремния на изоляторе после ионной имплантации и отжига
П. А. Юнин, М. Н. Дроздов, А. В. Новиков, В. Б. Шмагин, Е. В. Демидов, А. Н. Михайлов, 
Д. И. Тетельбаум, А. И. Белов 
61
Модификация и распыление неоднородных многослойных окисленных  металлических пленок 
слаботочными пучками ионов аргона
Д. С. Лукьянцев, А. В. Лубенченко, Д. А. Иванов, А. Б. Паволоцкий, О. И. Лубенченко, 
И. В. Иванова, О. Н. Павлов 
69
Влияние имплантации ионов О2
+ на элементный и химический состав поверхности Si(111)
Г. Х. Аллаярова, Б. Е. Умирзаков, А. К. Ташатов 
78
Анализ структуры на границе контактного плавления АМг6 и сплавов на основе Zn
Е. А. Баталова, Л. В. Камаева, И. В. Шутов, М. Н. Королев, М. Д. Кривилев 
82
Переходное излучение на проводящей мишени в виде прямого двугранного угла
В. В. Сыщенко, А. И. Тарновский, В. А. Кривцов 
91
Пропитка графита алюминием под высоким давлением
А. А. Антанович 
97
Механизмы упрочнения фольг алюминия, консолидированных методом кручения под высоким давлением
Е. А. Свиридова, С. В. Васильев,  А. И. Лимановский, В. Н. Варюхин, В. И. Ткач 
101
Ударная мельница
А. С. Ажгалиева, Д. Н. Борисенко, Н. Н. Колесников, А. А. Жохов 
109

Contents
No. 5, 2024
On the Multi-Layered Adsorption of Alcanols in the Vicinity of Liquid–Vapor Transition 
at the Saturated Hydrocarbon–Water Interface
 A. M. Tikhonov, Y. O. Volkov 
3
Investigation of Plasticity in Memristive Structures Based on Epitaxial Films Nd2-xCexCuO4-y
N. A. Tulina, A. N. Rossolenko, I. M. Shmytko, I. Y. Borisenko, А. А. Ivanov 
8
Mechanoluminescence and Optically Stimulated Antistokes Luminescence of Composites Based 
on Epoxy Resin and Strontium Aluminate Phosphors  SrAl2O4:Eu2+, Dy3+ and Sr4Al14O25:Eu2+, Dy3+
А. F. Banishev 
16
Study of the Influence of Ferromagnetic Impurity Concentration on Magnetic Properties 
of Binary Palladium–Cobalt Alloy
I. I. Gumarova, A. I. Gumarov, I. V. Yanilkin 
24
Determination of the Activation Energy of Defects in Ferroelectrics by the Method of Temperature 
Activation–Relaxation of the Dielectric Permittivity
D. V. Kuzenko 
29
Study of Hydrogen Migration in Titanium Using a Vortex Electromagnetic Field and Accelerated 
Electrons in Subthreshold Values
Yu. I. Tyurin, V. V. Larionov 
35
Deposition of Wear-Resistant Nanocomposite Coatings from Accelerated C60 Ions
V. E. Pukha, E. I. Drozdova, O. P. Chernogorova, I. N. Lukina, M. I. Petrzhik, A. A. Belmesov 
45
Effect of Electron Irradiation on the Optical Properties of Zinc Oxide Powder Modified 
by Magnesium Oxide Nanoparticles
M. M. Mikhailov, V. V. Neshchimenko, S. A. Yuriev, A. N. Lapin, V. A. Goronchko, 
A. N. Dudin, V. Yu. Yurina 
53
Complex Diagnostics of Silicon-on-Insulator Layers after Ion Implantation and Annealing
P. A. Yunin, M. N. Drozdov, A. V. Novikov, V. B. Shmagin, E. V. Demidov, A. N. Mikhailov, 
D. I. Tetelbaum, A. I. Belov 
61
Modification and Sputtering of Inhomogeneous Multilayer Oxidized Metal Films  by Low-Current 
Argon Ion Beams
D. S. Lukiantsev, A. V. Lubenchenko, D. A. Ivanov, A. B. Pavolotsky, O. I. Lubenchenko, 
I. V. Ivanova, O. N. Pavlov 
69
Effect of О2
+ Ion Implantation on the Elemental and Chemical Composition of the Si(111) Surface 
G. Kh. Allayarova, B. E. Umirzakov, A. K. Tashatov 
78
Analysis of Structures at the Boundary of Contact Melting Al–Mg–Mn and Zn Based Alloys
E. А. Batalova, L. V. Kamaeva, I. V. Shutov, M. N. Korolev, M. D. Krivilev 
82
Transition Radiation on a Conducting Target Shaped as a Right Dihedral Angle
V. V. Syshchenko, A. I. Tarnovsky, V. A. Krivtsov 
91
Impregnation of Graphite with Aluminum under High Pressure
A. А. Antanovich 
97
Mechanisms of Strengthening Aluminum Foils Consolidated by High Pressure Torsion Technique
E. A. Sviridova, S. V. Vasiliev, A. I. Limanovskii, V. N. Varyukhin, V. I. Tkatch 
101
Impact Mill
A. S. Azhgalieva, D. N. Borisenko, N. N. Kolesnikov, A. A. Zhokhov 
109

ПОВЕРХНОСТЬ.  РЕНТГЕНОВСКИЕ,  СИНХРОТРОННЫЕ  И  НЕЙТРОННЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ,  2024,  № 5,  c. 3–7
УДК 539.266
О МУЛЬТИСЛОЙНОЙ АДСОРБЦИИ АЛКАНОЛОВ В ОКРЕСТНОСТИ 
ПЕРЕХОДА ЖИДКОСТЬПАР НА ГРАНИЦЕ ПРЕДЕЛЬНЫЙ  
УГЛЕВОДОРОДВОДА
©   2024 г.    А. М. Тихоновa, *, Ю. О. Волковb, **
aИнститут физических проблем им. П.Л. Капицы РАН, Москва, 119334 Россия 
bНИЦ “Курчатовский институт”, Москва, 123182 Россия 
*e-mail: tikhonov@kapitza.ras.ru 
**e-mail: volkov.y@crys.ras.ru
Поступила в редакцию 28.10.2023 г. 
После доработки 12.01.2024 г. 
Принята к публикации 12.01.2024 г.
Методом рентгеновской рефлектометрии и использованием синхротронного излучения 
исследована структура адсорбционного слоя предельных одноатомных спиртов 1-додеканола 
и 1-тетракосанола на границах раздела, соответственно, н-гексан–вода и н-гексадекан–вода в 
области термотропного фазового перехода жидкость–пар. Полученные безмодельные данные 
о структуре изученных адсорбционных слоев существенно отличаются от параметров структур, 
предложенных ранее на основе модельного подхода и обсуждаемых ранее для данных систем. 
Показано, что в низкотемпературной мезофазе адсорбционная пленка состоит из монослоя 
Гиббса, переходного жидкого слоя толщиной в 2–3 монослоя ~50 Å и протяженного (шириной 
до ~200 Å) слоя мицелл. Установлено наличие плоскости наименьшего сближения мицеллярного 
слоя с адсорбционной пленкой на границе раздела. Переход в высокотемпературную мезофазу 
сопровождается разжижением и частичным испарением пленки алканола и наблюдаемым 
истощением мицеллярного слоя до полного его исчезновения. 
Ключевые слова: рентгеновская рефлектометрия, жидкофазные границы раздела.
DOI: 10.31857/S1028096024050017, EDN: FURCYY
ВВЕДЕНИЕ
нением состояния поверхности, так и затянутым 
по температуре с образованием поверхностной 
пространственно-неоднородной структуры [6, 7]. 
Более того, в слоях н-алканолов наблюдаются 
термотропные фазовые превращения жидкость–
пар [8], а в пленках фтор-алканолов происходит 
переход твердое тело–газ [9]. Аналогичные явления обнаружены также и в двухкомпонентных 
адсорбционных пленках [10].
Растворимую адсорбционную пленку на межфазной границе жидкость–жидкость можно рассматривать как двумерную термодинамическую 
систему с параметрами (p, T, c), где p – давление, 
T – температура и c – концентрация поверхностно-активных примесей в объеме растворителя [1]. Примером такой системы является слой 
предельного одноатомного спирта (алканола) на 
межфазной границе предельный углеводород–вода [2, 3]. В пленке длинноцепочечного алканола, 
растворенного в углеводороде, возможен фазовый переход, который может иметь термотропную, баротропную или лиотропную природу 
 
[4, 5]. Например, термотропный переход (p = 1 атм 
и c = const) может проявляться как резким измеВ точке фазового перехода Tc в пленке длинноцепочечного алканола наблюдается особенность 
(излом) на температурной зависимости межфазного натяжения γ(T), которую можно связать с 
изменением энтальпии ΔH = −TcΔ(∂γ/∂T)p, c при 
испарении пленки. Отметим, что ΔH сильно зависит от отношения r = m/m0 числа атомов углерода 
3

ТИХОНОВ, ВОЛКОВ
4
pH ≈ 7 (NanoPureUV). Перед приготовлением образца жидкости подвергали дегазации в ультразвуковой ванне. При повышении температуры в 
ходе измерений образцы приводили в равновесие 
в течение нескольких часов при плавном механическом перемешивании нижней фазы.
Измерения 
угловых 
зависимостей 
коэффициента зеркального отражения излучения 
R(qz) (где qz = (4π/λ)sinα) были проведены на 
в алканоле m к числу атомов углерода в молекуле 
растворителя m0 [11]. Так, для С12OH на границе 
н-гексан–вода значение ΔH в десять раз меньше, 
чем для С30OH на этой же границе. Увеличение 
длины молекулы растворителя с шести до шестнадцати атомов углерода также сильно уменьшает 
ΔH для алканолов C24OH и C30OH. Заметим, что 
согласно подробным исследованиям, величина 
ΔH практически не зависит от объемной концентрации c, например, при лиотропном переходе в 
пленке арахидилового спирта (C20OH) на границе 
н-гексан–вода [12].
станции X19C синхротрона NSLS [14]. Зондирующий монохроматический пучок с энергией 
E = 15 кэВ (λ = 0.825 ± 0.002 Å) и угловой расходимостью <10–5 рад обеспечивал интенсивность 
 
~1011 фотонов/с. Экспериментальные кривые отражения от границы н-гексан–вода, полученные 
при температурах 8.0, 20.0 и 55.1qC, приведены 
на рис. 1; кривые отражения от границы н-гексадекан–вода, полученные при температурах 50.8, 
53.0 и 81.9qC, приведены на рис. 2.
Реконструкция 
распределений 
объемной 
электронной плотности по глубине ρ(z) по экспериментальным кривым была проведена с применением модельно-независимого подхода [15, 16]. 
Расчеты были реализованы в среде языка Python с 
применением пакетов библиотек Scientific Python 
и PyLab.  Восстановленные распределения ρ(z) на 
Главной отличительной особенностью пленок 
н-додеканола (С12OH) и н-тетракосанола (C24OH) 
на планарных межфазных границах, соответственно, н-гексан–вода и н-гексадекан–вода является относительно низкая величина энтальпии 
термотропного перехода. Ранее в работе [11] для 
этих систем обсуждался переход полного смачивания алканольной пленкой поверхности водной 
подложки по данным многопараметрических моделей. В частности, были показаны качественные 
различия в адсорбции длинноцепочечных алканолов (C24OH и C30OH) в зависимости от энтальпии перехода. Однако попытки описания некоторых 
адсорбционных систем в рамках моделей приводили 
к существенно неоднозначным (в том числе взаимно 
противоречивым) интерпретациям их строения.
В настоящей работе уточнены параметры 
структуры мультислойных адсорбционных пленок 
додеканола и тетракосанола вблизи температуры 
термотропного 
перехода 
по 
экспериментальным данным рентгеновской рефлектометрии с 
использованием синхротронного излучения в 
рамках модельно-независимой реконструкции, 
позволяющей однозначно извлечь распределение 
электронной концентрации в изученных образцах.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Образцы межфазных систем алканол–вода 
приготавливали и изучали при нормальных условиях в термостатированной ячейке по методике, 
описанной в [13]. В качестве верхней масляной фазы использовали растворы 1-додеканола С12H25OH 
в н-гексане C6H14 (плотность ρt ≈ 0.655 г/см3 при 
Рис. 1. Угловые зависимости коэффициента отражения R от додеканола на границе н-гексан–вода, 
нормированного на функцию Френеля RF, в низкотемпературных (T = 8.0qС, кружки; T = 20.0qС, 
квадраты) и высокотемпературной (T = 55.1qС, треугольники) фазах. Линиями обозначены расчетные 
кривые отражения.
T = 20qC, температура кипения Tb = 68qC) с 
объемной концентрацией ~ 45 ммоль/л и 1-тетракосанола C24H49OH в н-гексадекане C16H34 (плотность ρt ≈ 0.773 г/см3 при T = 20qC, температура 
кипения Tb = 286.7qC) с объемной концентрацией 
~4 ммоль/л (Sigma-Aldrich). В качестве нижней 
фазы 
использовали 
деионизированную 
воду 
 
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 5     2024

О МУЛЬТИСЛОЙНОЙ  АДСОРБЦИИ  АЛКАНОЛОВ  В  ОКРЕСТНОСТИ  ПЕРЕХОДА
5
границе н-гексан–вода и границе н-гексадекан–
вода представлены, соответственно, на рис. 3 и 4.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В первом приближении адсорбированный слой 
на границе алкан–вода представляет собой Гиббсовский монослой молекул спирта. Полная длина 
молекул Ltrans алканолов определяется длиной 
углеродной цепи (из расчета ≈1.3 Å на связь C–C), 
размерами метильной –CH3 (≈1.5 Å) и гидроксильной –CH2OH (≈2.4 Å) групп. Таким образом, 
Ltrans варьируется от ≈17 Å (для m = 12, 1-додеканола) до ≈32 Å (для m = 24, 1-тетракосанола). При 
комнатной температуре углеводородные цепи 
спиртов подвержены конформационной изомеризации так, что фактическая длина мономеров в 
растворе меньше Ltrans. 
Рис. 2. Угловые зависимости коэффициента отражения R от тетракосанола на границе н-гексадекан–
вода, нормированного на функцию Френеля RF, 
в низкотемпературной (T = 50.8qС, кружки), переходной (T = 53.0qС, квадраты) и высокотемпературной (T = 81.9qС, треугольники) фазах. Линиями обозначены расчетные кривые отражения.
Согласно [8], для 1-додеканола на границе 
н-гексан–вода критическая температура испарения Tc ≈ 37qC, а для 1-тетракосанола на границе 
н-гексадекан–вода Tc ≈ 62qC. Для систем обоих 
исследованных алканолов в низкотемпературной фазе (T < Tc, сплошные линии на рис. 3 и 4) 
наблюдали многослойную структуру суммарной 
толщины до ~75 Å, включающую как минимум 
три молекулярных слоя с плотностью, убываю1.2
1.10
1.05
1.1
1.00
1.0
0.95
U/Uw
0.9
0.90
U/Uw
0.8
0.85
0.80
0.7
0.75
–50
0
50
z, Å
100
150
200
250
–50
0
50
z, Å
100
150
200
250
Рис. 3. Восстановленные профили электронной 
концентрации ρ(z) для границы н-гексан–вода, 
нормированные на электронную концентрацию 
в воде при нормальных условиях ρw = 0.333 э/Å3, 
в низкотемпературных (T = 8.0qС, сплошная линия; 
T = 20.0qС, штриховая линия) и высокотемпературной (T = 55.1qС, пунктирная линия) фазах.
Рис. 4. Восстановленные профили электронной концентрации ρ(z) для границы н-гексадекан–вода, нормированные на электронную концентрацию в воде 
при нормальных условиях ρw = 0.333 э/Å3, в низкотемпературной (T = 50.8qС, сплошная линия), переходной 
(T = 53.0qС, штриховая линия) и высокотемпературной (T = 81.9qС, пунктирная линия) фазах.
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 5     2024

ТИХОНОВ, ВОЛКОВ
6
го растворителя эффективное взаимодействие 
между молекулами алканола меняется от газоподобного (когда молекула алкана значительно 
короче молекулы алканола) до жидкостноподобного (когда молекула алкана почти равна длине 
молекулы алканола).
щей при удалении от поверхности воды, а также 
рыхлый слой в объеме растворителя вблизи границы раздела толщиной до ~200 Å. Известно, что 
в триаде “неполярный растворитель–амфифильный сурфактант–вода” при превышении критической концентрации сурфактанта (>1 ммоль/л) 
в масляном растворе формируются мицеллы, 
находящиеся в термодинамическом равновесии с 
мономерами [17, 18]. Отметим, что в обеих системах между мицеллярным слоем и поверхностной 
пленкой присутствует плоскость наименьшего 
сближения (~25 Å), что предположительно обусловлено электростатическими эффектами на 
границе раздела.
Ввиду 
малости 
энтальпии 
термотропного 
перехода для пленки C12OH (ΔH ≈ 0.05 мДж/м2) 
следует ожидать, что для нее существует достаточно широкий переходной интервал температур 
ΔTc, в котором формируется пространственно-неоднородная структура из доменов низко- и 
высокотемпературной фаз. Например, у пленки 
1,1,2,2-тетрагидрогептадекафтордодеканола (ΔH ≈ 
 
≈ 0.15 мДж/м2) наблюдаемая ширина области 
перехода >10 K [19], в то время как для пленки 
C22OH с относительно большим ΔH ≈ 0.7 мДж/м2 
интервал ΔTc < 0.01 K [7]. Возможно, по этой причине в пленке C12OH не реализуется газовая фаза 
в чистом виде вплоть до температуры кипения 
н-гексана при T ≈ 68qC. Однако в ней фактически наблюдается малоконтрастная структура, 
плотность упаковки углеводородных хвостов 
1-додеканола в которой ≈0.7ρw, что заметно ниже 
электронной концентрации в высокомолекулярной алкановой жидкости (≈0.85ρw). Уточнение 
доменного строения наблюдаемой структуры 
потребует, например, привлечения данных скользящего незеркального рассеяния.
Интегральная характеристика плотного молекулярного монослоя сурфактанта –удельная площадь на молекулу A = (1/M)³Lȡ(z)dz, где M – число 
электронов в молекуле спирта (M = 106 для додеканола и 214 для тетракосанола). Интегрирование 
проведено по толщине монослоя L~Ltrans. В случае 
низкотемпературной фазы оценочное значе- 
ние A составило 20 ± 1 Å2 и 23 ± 1 Å2 для C12- и 
C24-алканола соответственно, что близко к значениям для объемного кристалла. В то же время 
в переходной области между плотным монослоем и адсорбированными мицеллами объемная 
плотность в 1.35–1.40 раза ниже по сравнению с 
монослоем, что приблизительно соответствует 
алкановой жидкости или, возможно, смеси молекул алканола и растворителя.
Отметим, что изменение механизма адсорбции 
может привести к переходу полного смачивания 
слоями алканола (газа) поверхности воды (подложка) [20]. Однако для более подробного изучения вопроса о переходе к полному смачиванию, 
по нашему мнению, следует провести исследование адсорбции в более широком спектре систем 
алкан–алканол–вода.
ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ
В свою очередь, в высокотемпературной фазе 
(T > Tc, пунктирные линии на рис. 3 и 4) мицеллярный слой в объеме растворителя исчезает, 
а плотность адсорбционной пленки снижается 
в (ρ1 – ρb)/(ρ2 – ρb) ≈ 1.2 раза (где ρb – объемная 
электронная плотность масляной фазы, а ρ1 и ρ2 
плотности монослоя Гиббса в низкотемпературной и высокотемпературной мезофазах пленки, 
соответственно) для обоих алканолов, что соответствует плавлению монослоя и, более того, 
частичному испарению молекул спирта с границы 
раздела. 
Работа выполнена в рамках Государственных 
заданий Института физических проблем Российской 
академии наук и НИЦ “Курчатовский институт”. 
Конфликт интересов. Авторы данной работы заявляют об отсутствии у них конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Gibbs J.W. // Collected Works, Vol. 1: Thermodynamics. N.Y.: Dover, 1961. P. 219.
2. Jasper J.J., Houseman B.L.  // J. Phys. Chem. 1963. 
 
V. 67. P. 1548. 
https://www.doi.org/10.1021/j100801a035
3. Motomura K. // J. Colloid Interface Sci. 1978. V. 64. 
P. 348.
Адсорбцию молекул сурфактанта на границе 
раздела предельный углеводород–вода можно 
рассмотреть в рамках механизма адсорбции однокомпонентного газа на твердую подложку. В 
частности, адсорбция газа на подложку при фиксированной температуре будет возрастать при 
увеличении давления (или химического потенциала), приближая систему к границе жидкость–газ 
на фазовой диаграмме. В системе н-гексан–вода 
аналогом газа выступают молекулы алканола, а 
аналогом твердой подложки является поверхность 
воды. С изменением длины молекулы алкановоПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 5     2024

О МУЛЬТИСЛОЙНОЙ  АДСОРБЦИИ  АЛКАНОЛОВ  В  ОКРЕСТНОСТИ  ПЕРЕХОДА
7
12. Takiue T., Matsuo T., Ikeda N., Motomura K., 
 
Aratono M. // J. Phys. Chem. B 1998. V. 102. P. 4906. 
https://www.doi.org/10.1021/jp980292e
13. Тихонов А.М., Асадчиков В.Е., Волков Ю.О., Нуждин А.Д., Рощин Б.С. // ПТЭ. 2021. № 1. С. 146. 
https://www.doi.org/10.31857/S0032816221010158 
14. Schlossman M.L., Synal D., Guan Y., Meron M., SheaMcCarthy G., Huang Z., Acero A., Williams S.M., 
 
Rice S.A., Viccaro P.J. // Rev. Sci. Instrum. 1997. 
 
V. 68. P. 4372. 
https://www.doi.org/10.1063/1.1148399
15. Kozhevnikov I.V. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. 
Res. A. 2003. V. 508. P. 519. 
https://www.doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01512-2
16. Kozhevnikov I.V., Peverini L., Ziegler E. // Phys. Rev. 
B. 2012. V. 85. P. 125439. 
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.85.125439
17. Becher P. Emulsions: Theory and Practice, 3rd ed. 
Oxford: Oxford University Press, 2001. 514 p.
18. Smith G.N., Brown P., Rogers S.E., Eastoe J. // 
Langmuir. 2013. V. 29. P. 3252. 
https://www.doi.org/10.1021/la400117s
19. Tikhonov A.M., Li M., Schlossman M.L. // J. Phys. 
Chem. B. 2001. V. 105. P. 8065. 
https://doi.org/10.1021/jp011657p
20. Bertrand E., Dobbs H., Broseta D., Indekeu J., Bonn D., 
Meunier J. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 85. P. 1282. 
https://www.doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.1282
https://www.doi.org/10.1016/0021-9797(78)90372-7
4. Lin M., Ferpo J.L., Mansaura P., Baret J.F. // J. Chem. 
Phys. 1979. V. 71. P. 2202. 
https://www.doi.org/10.1063/1.438551
5. Hayami Y., Uemura A., Ikeda M., Aratono M., 
Motomura K. // J. Colloid Interface Sci. 1995. V. 172. 
P. 142. 
https://www.doi.org/10.1006/jcis.1999.6536
6. Uredat S., Findenegg G.H. // Langmuir. 1999. V. 15. 
P. 1108. 
https://www.doi.org/10.1021/la981264q
7. Aratono M., Murakami D., Matsubara H., Takiue T. // 
J. Phys. Chem. B. 2009. V. 113. P. 6347. 
https://www.doi.org/10.1021/jp9001803
8. Tikhonov A.M., Pingali S.V., Schlossman M.L. // J. 
Chem. Phys. 2004. V. 120. P. 11822. 
https://www.doi.org/10.1063/1.1752888
9. Zhang Z., Mitrinovic D.M., Williams S.M., Huang Z., 
 
Schlossman M.L. // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. 
 
P. 7421. 
https://www.doi.org/10.1063/1.478644
10. Pingali S.V
., Takiue T., Guangming L., Tikhonov A.M., 
 
Ikeda N., Aratono M., Schlossman M.L. // J. Dispersion 
Sci. Technol. 2006. V. 27. P. 715. 
https://www.doi.org/10.1080/01932690600660582
11. Tikhonov A.M., Schlossman M.L. // J. Phys.: Condens. 
Matter 2007. V. 19. P. 375101. 
https://www.doi.org/10.1088/0953-8984/19/37/375101
On the Multi-Layered Adsorption of Alcanols in the Vicinity  
of Liquid–Vapor Transition at the Saturated Hydrocarbon–Water Interface
A. M. Tikhonov1, *, Y. O. Volkov2, **
1P.L. Kapitza Institute for Physical Problems RAS, Moscow, 119334 Russia 
2NRC “Kurchatov Institute”, Moscow, 123182 Russia 
*e-mail: tikhonov@kapitza.ras.ru 
**e-mail: volkov.y@crys.ras.ru
Structure of adsorption layer of long-chain monoatomic alcohols: 1-dodecanol and 1-tetracosanol at the 
interfaces n-hexane – water and n-hexadecane – water in the vicinity of “liquid – vapor” thermotropic 
phase transition is investigated by the method of X-ray reflectometry at synchrotron source. Modelindependent structural data obtained on the adsorption layers under investigation deviate considerably 
from the structural parameters which have been proposed previously within a model-based representation 
and discussed in previous publications on said systems. It is shown that in the low-temperature mesophase 
the adsorption film consists of a Gibbs monolayer, a transitional liquid region with thickness of two to 
three monolayers ~50 Å and an extended (wide up to 200 Å) layer of micelles. Presence of a plane of the 
closest approach of micellar layer to the adsorption film at the interface is established. Transition to the 
high-temperature mesophase is followed by liquefying and partial evaporation of alcanol film along with 
observed depletion of micellar layer down to its complete disappearance.
Keywords: X-ray reflectometry, liquid interfaces.
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 5     2024

ПОВЕРХНОСТЬ.  РЕНТГЕНОВСКИЕ,  СИНХРОТРОННЫЕ  И  НЕЙТРОННЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ,  2024,  № 5,  c. 8–15
УДК 621.382.002
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧНОСТИ МЕМРИСТИВНЫХ СТРУКТУР НА 
ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК Nd2–xCexCuO4–y 
©   2024 г.    Н. А. Тулинаa, *, А. Н. Россоленкоa, И. М. Шмытькоa , И. Ю. Борисенкоb,  
А. А. Ивановc
aИнститут физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна РАН, Черноголовка, 142432 Россия 
bИнститут проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов  РАН, Черноголовка,  
142432 Россия 
cНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”, Москва, 115409 Россия 
*e-mail: tulina@issp.ac.ru  
*e-mail: eagle@iptm.ru 
Поступила в редакцию 17.09.2023 г. 
После доработки 28.11.2023 г. 
Принята к публикации 28.11.2023 г.
Приведены импульсные исследования резистивных переключений в мемристивных планарных 
гетероконтактах на основе эпитаксиальных пленок Nd2–xCexCuO4–y. Изучена возможность 
регулирования резистивных метастабильных состояний мемристивных планарных систем 
на основе таких пленок по определенным протоколам импульсных исследований. Были 
реализованы разные метастабильные состояния при изменении внешних параметров: частоты, 
величины напряжения электрического поля, прикладываемого к гетероконтактам. Исследованы 
динамические эффекты, определены времена переходов из одного метастабильного состояния 
в другое. Непосредственно исследовано изменение электродинамических свойств в процессе 
воздействия переменного электрического поля синусоидальной формы при частотах 10–3 Гц 
и в импульсном режиме при длительности импульса от 0.1 мс до 25 с посредством измерения 
вольт-амперных характеристик, записи осциллограмм тока и напряжения на гетероконтакте и 
температурных зависимостей сопротивления метастабильных фаз. Многоуровневый характер 
метастабильных резистивных состояний исследованных систем и возможность регулировать 
время переключения характеризуют пластичность этих устройств и перспективы их использования 
в качестве элементов памяти для нейроморфных приложений в спайковых нейросетях.
Ключевые слова: граница раздела сред, гетерофазные материалы, мемристор, резистивные переключения, пластичность, пленки, вакансии кислорода.
DOI: 10.31857/S1028096024050025, EDN: FUQYHV
ВВЕДЕНИЕ
снятия напряжения. Эффект резистивного переключения был обнаружен в мемристивных системах типа металл–диэлектрик–металл (МДМ) на 
основе ряда соединений, в основном оксидных. 
Сегодня считают, что эффект резистивного переключения можно объяснить образованием и 
разрушением нитевидных хорошо проводящих 
каналов либо металлических мостиков, формирование и разрушение которых происходит при 
электромиграции вакансий кислорода. Особый 
интерес 
представляют 
переключения 
электронной природы, при которых работает моттовский механизм резистивных переключений 
 
Одним из перспективных элементов для создания нейроморфных вычислительных систем является мемристор – резистор с памятью, сочетающий 
в себе функции обработки и хранения информации [1–6]. Это двухэлектродный нелинейный 
динамический прибор, сопротивление которого 
зависит от электрического поля и протекающего 
тока. Принцип работы мемристора основан на 
его обратимом резистивном переключении (РП) 
под действием электрического поля и сохранении 
возникающего резистивного состояния после 
8

ИССЛЕДОВАНИЕ  ПЛАСТИЧНОСТИ  МЕМРИСТИВНЫХ  СТРУКТУР
9
(Mott ReRAM) на основе сильно коррелированных электронных систем (СКЭС) [7]. Несмотря 
на то, что в мемристивных материалах на основе 
 
СКЭС: Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO), Nd2–xCexCuO4–y 
(NCCO), Ва0.6K0.4BiO3 (KBBO), продемонстрирован биполярный эффект резистивных переключений (БЭРП) [8, 9], возможность задания 
промежуточных состояний (пластичность) не 
была исследована. Особый интерес представляют 
изменения резистивного состояния мемристора 
по биологически правдоподобным алгоритмам 
[10], например долговременная способность к потенцированию (LTP), пластичность, зависящая от 
времени прихода импульсов (STDP, spike-timingdependent plasticity) или эффекта неравномерной 
реакции, присущей биологическим нейронам 
(LIF, leaky integrate-and-fire) [11]. В биологических нейронных сетях обучение достигается через 
способность синапсов изменять вес, которым 
определяется эффективность связи нейронов (это 
свойство называется синаптической пластичностью). Основной целью настоящей работы было 
изучение пластичности мемристоров на основе 
Nd2–xCexCuO4–y как типичном представителе 
 
СКЭС. Изучена возможность регулирования 
резистивных метастабильных состояний мемристивных планарных систем на основе эпитаксиальных пленок NCCO по определенным протоколам импульсных исследований.
ЭКСПЕРИМЕНТ
6 мА, литографические – при 10–20 мА. Микроконтакты  получали подведением серебряной 
иглы в манипуляторе к поверхности as grown 
пленок NCO/NCCO. Cформированная методом 
фотолитографией система Ag/NCO/NCCO/STO 
имела контактное окно 100 × 100 мкм (рис. 1) 
 
(NCO – диэлектрическая фаза, NCCO – металлическая фаза, STO – подложка из титаната 
стронция). Полученные гетерофазные границы 
исследовали на предмет обнаружения резистивных переключений, измеряли вольт-амперные характеристики (ВАХ), температурную зависимость 
сопротивления образцов. При изменении внешних параметров: частоты, величины напряжения 
электрического поля, прикладываемого к гетероконтакту, реализуются разные метастабильные 
состояния. Исследованы динамические эффекты, 
определены времена переходов из одного метастабильного состояния в другое. Непосредственно 
исследовано изменение электродинамических 
свойств в процессе воздействия переменного 
электрического поля синусоидальной формы при 
частотах10–3 Гц и в импульсном режиме при длительности импульса от 0.1 мс до 25 с посредством 
измерения ВАХ, записи осциллограмм тока и напряжения на гетероконтакте  и температурных зависимостей сопротивления метастабильных фаз. 
Для определения мемристивных свойств образов 
с микроконтактами таких как cтабильность резистивного состояния, выносливость по отношению 
к циклическим переключениям, пластичность, 
зависящая от времени прихода импульсов (SDTP, 
Spike-Timing-Dependent Plasticity), был использован стенд Arc One (измерительная платформа для 
исследования характеристик мемристоров [14, 15])
Ранее [12] нами были получены пленки 
Nd1.85Ce0.15CuO4–у (NCCO) c диэлектрической 
прослойкой Nd0.5Ce0.5O1.75 (NCO). Эти исследования также показали, что обе фазы являются 
эпитаксиальными. В нескольких работах (как на 
монокристаллах, так и на пленках высокотемпературных сверхпроводников) обнаружили такое 
эпитаксиальное прорастание второй фазы [13]. 
Таким образом, эти пленочные системы являются 
уникальным объектом для изучения БЕРП, где 
буферный слой допирован кислородом и церием 
(диэлектрическая составляющая NCO), а базовая 
пленка NCCO является сверхпроводящим металлом.
На рис. 1 и 2 продемонстрированы примеры 
вольтамперных характеристик с резистивным 
переключением в микроконтактных и литографических структурах. Изученные гетерофазные 
образцы стабильно демонстрируют эффект резистивного переключения порядка 100 циклов с 
отношением высокорезистивного (обозначено 
“Off”) 
сопротивления 
к 
низкорезистивному 
(обозначено “On”) ROff /ROn ~ 5–1000 при условии 
ограничения тока. При увеличении тока выше 
определенного предела образцы деградировали. 
В настоящей работе представлены исследования пластичности и способа получения много- 
уровневых резистивных состояний в материалах 
на основе NCO/NCCO. Мезоскопические гетерофазные образцы были двух типов:  первые – 
высокоомные микроконтакты, вторые получены 
методом 
фотолитографии. 
Микроконтактные 
структуры 
демонстрировали 
мемристивные 
свойства при ограничивающем токе порядка 
 
Как видно из приведенных данных, обратимые 
и устойчивые бистабильные резистивные переключения наблюдается в исследованных образцах 
Ag/NCO/NCCO/STO. Показано, что перенос носителей заряда  в гетерофазных слоях имеет диодный характер с барьерами в сильнолегированных 
полупроводниках типа Шоттки. Неоднородное 
распределение электрического поля вблизи края 
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 5     2024