Обзор тонких плёнок на основе урана

Тонкие плёнки на основе кремния и переходных металлов доминируют в полупроводниковой промышленности и широко используются во всех современных устройствах. Плёнки также получают из элементов ряда редкоземельных металлов для исследовательских и специализированных применений. Тонкие плёнки урана и диоксида урана изготавливали в 1960-х и 1970-х годах, однако систематические исследования возобновились лишь в начале 2000-х годов. Крупные исследовательские программы были начаты в Оксфордском университете (в 2011 году перенесены в Бристольский университет) и в Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) в штате Нью-Мексико, США. В настоящем обзоре рассматриваются работы с этими материалами, опубликованные примерно за последние 20 лет. Важные прорывы были связаны с получением эпитаксиальных тонких плёнок, первоначально из металлического урана и UO2, а в последнее время — из многих других соединений и сплавов урана. Эти достижения позволили провести ряд различных экспериментов, которые рассматриваются наряду с некоторыми важными тенденциями. Взаимодействие с подложкой приводит к возникновению различной деформации и, следовательно, к изменению свойств. Важным преимуществом является то, что эпитаксиальные плёнки часто можно получать из материалов, которые невозможно изготовить в виде объёмных монокристаллов. Примерами служат U3O8, U2N3 и сплавы U–Mo, имеющие модифицированную объёмно-центрированную кубическую (ОЦК) структуру. Эпитаксиальные плёнки могут применяться и в прикладных исследованиях. Они представляют собой высококачественные поверхности, а большинство важных реакций в ядерном топливном цикле происходит именно на поверхностях, включая взаимодействие топлива с оболочкой и растворение топлива водой при длительном хранении отработавшего топлива. В заключение обсуждаются возможные перспективы, включая двухслойные структуры, содержащие уран, для спинтроники, а также сверхрешётки, которые могут использоваться в гетероструктурах. Для таких применений потребуются более подробные сведения о взаимодействиях на границах раздела в этих системах, что является важным направлением будущих исследований.