Эмиссия электронов и лазерно-индуцированные эффекты в нанографите тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Ляшенко, Дмитрий Александрович

• Ляшенко, Дмитрий Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ляшенко, Дмитрий Александрович

Введение

Глава 1. Электронные и структурные свойства углеродных материалов.

1.1. Основы автоэлектронной эмиссии

1.2. Введение в теорию Ричардсона-Дешмана.

1.3. Генерация электрического отклика под действием лазерного излучения

Глава 2. Методология проведения экспериментов.

2.1. Исследованные материалы

2.2. Нано-графит.

2.3. Углеродные нанотрубки.

2.4. Описание установок и техники проведения экспериментов

2.5. Вакуумная система и измерительная ячейка.

2.6. Измерение автоэлектронной эмиссии в режиме постоянного тока

2.7. Измерение автоэлектронной эмиссии в импульсном режиме

2.8. Методика определения порогового поля автоэлектронной эмиссии

2.9. Изучение Электронной эмиссии под действием наносекундного лазерного излучения

2.10. Установка для изучения нелинейности второго порядка в нано-углеродных пленках.

Глава 3. Сравнительное исследование автоэлектронной эмиссии из наноуглеродных материалов.

3.1. Изготовление и свойства катодов на основе одностенных нанотрубок.

3.2. Экспериментальное исследование автоэлектронной эмиссии из катодов на основе одностенных нанотрубок

3.3. Выводы.

Глава 4. Эмиссия электронов из нано-графита под действием лазерного излучения

4.1. Изучение термоэлектронной эмиссии при наносекундном лазерном облучении пленок нанографита.

4.2. Параметры электронной эмиссии, возбуждаемой наносекундным лазерным облучением.

4.3. Сравненительное исследование полевой эмиссии из нанографита и эмиссии под действием лазерного излучеиия.

4.4. Исследование электронной эмиссии из нанографита под действием фемтосекундного лазерного излучения.

4.5. Выводы.

Глава 5. Нелинейно-оптические свойства нано-графита.

5.1. Нелинейные свойства нано-графита.

5.2. Исследование зависимости величины сигнала оптического выпрямления, от мощности лазера

5.3. Исследование зависимости величины сигнала оптического выпрямления в нанографитной пленке, от угла падения, азимутального угла и поляризации возбуждающего лазерного излучения.

5.4. Исследование зависимости величины сигнала оптического выпрямления в нанографитных пленках, от длины волны возбуждающего излучения.

5.5. Интерпретация эффекта оптического выпрямления в нано-графитиых пленках.

5.6. Наблюдение эффекта оптического выпрямления в нано-волокне

5.7. Выводы.

Основные результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эмиссия электронов и лазерно-индуцированные эффекты в нанографите»

Одним из наиболее актуальных направлений развития современной науки и техники является изучение наноматериалов и развитие нанотехнологий. Среди различных наноматериалов особое место занимают наноструктурированные формы углерода, такие как фуллерены, углеродные нанотрубки и другие образования с графитоподобной атомной структурой. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования наноразмерных кристаллитов графита (нанографита), получаемых в виде пленок в ходе газофазного плазмо-химического осаждения. Аналогично нанотрубкам наноразмерные кристаллиты графита имеют сильную анизотропию, что делает возможным их применение в качестве эффективных полевых катодов. В то же время хороший контакт нанокристаллитов с подложкой делает нанографитные пленки более устойчивыми к воздействию электрического поля большой напряженности, температуры и других факторов, что является важным обстоятельством при разработке устройств с наноуглеродными катодами.

Наряду с сильной анизотропией нанокристаллитов графита, определяющей эффективность эмиссии электронов, нанографитные пленки проявляют свойства, которые свидетельствуют о наличии качественных отличий этого наноструктурированного материала от обычного графита. Аналогичные отличия наблюдаются также в эмиттерах на основе углеродных нанотрубок. Кроме этого в нанографитных пленках был обнаружен необычный эффект оптического выпрямления, который может быть обусловлен наличием оптической нелинейности и специфического поведения электронов в наноразмерных структурах.

Указанные свойства и эффекты представляют большой интерес с научной и практической точек зрения, однако, до настоящего времени они были исследованы в недостаточной степени. Ответственные за их появление механизмы пока не выяснены. Данное обстоятельство требует дальнейшего экснериметального и теоретического исследования в данной области, что определяет постановку целей и задач данного исследования. При этом важной особенностью данной работы является проведение исследования нанографитных пленок в сравнении с различными углеродными иапотрубками для выявления возможных общих и специфических закономерностей для этих материалов.

Целью работы являлось экспериментальное исследование электронно-эмиссионных свойств, в том числе, под действием лазерного излучения нано- и фемто- секундной длительности, различных наноуглеродных материалов (нанографита, одностенных и двустенных углеродных нанотрубок, углеродных стручков, заполненных молекулами Cqc? или Cjq). Исследование и интерпретация эффекта оптического выпрямления в наноструктурированных пленках графита и материалах на основе углеродных нанотрубок.

В работе решались следующие задачи:

• Разработка новых и модернизация имеющихся установок для измерения автоэлектронной эмиссии.

• Разработка методик точного определения пороговых полей автоэмиссионных катодов.

• Сравнение параметров автоэлектронной эмиссии из различных наноструктурированных углеродных материалов.

• Изучение изменения электронной эмиссии под действием лазерного излучения различной длительности. Теоретическое описание механизма электронной эмиссии под действием лазерного излучения.

• Разработка и создание программно-аппаратного комплекса для изучения электронной эмиссии под действием лазерного излучения.

• Изучение эффекта генерации электрического отклика в нанографитных пленках и в материале на основе углеродных нанотрубок под действием интенсивного лазерного излучения. Изучение зависимостей процесса преобразования лазерного излучения в электрический ток от углов падения лазерного луча, поляризации, длины волны и мощности лазерного излучения. Определение механизма данного преобразования.

Научная новизна

В работе впервые было проведено сравнительное исследование эмиссионных свойств нанографитных пленок и различных углеродных материалов в одинаковых экспериментальных условиях. Впервые (на момент исследования) было проведено изучение автоэлектронной эмиссии из наноуглеродных стручков и двустенных нанотрубок.

Впервые обнаружено появление эмиссии электронов в нанографите под действием наносекундных и фемтосекундных лазерных импульсов при электрических полях, значительно ниже пороговых. Предложены механизмы, объясняющие данный эффект термоэлектронной эмиссией при наносекундной длительности лазерных импульсов, и эмиссией горячих электронов из холодного катода при фемтосекундной длительности лазерных импульсов. Проведено исследование эффекта оптического выпрямления при облучении нанографитных пленок лазерными импульсами в широком диапазоне длин волн (от 266 до 5000 нм). Впервые эффект оптического выпрямления обнаружен для материала на основе углеродных нанотрубок. Полученные экспериментальные данные интерпретированы в терминах генерации статической квадрупольной поляризации в нелинейной оптической среде.

Практическая ценность

• Сравнительное исследование автоэлектронной эмиссии из различных нано-углеродных материалов в одинаковых условиях позволяет выявить параметры, оказывающие сильное влияние на процесс эмиссии, что иозволияет определить условия оптимизации процессов, использующихся при создании эмиттеров электронов, и увеличить их эффективность. Показана возможность создания высокоинтенсивных (с плотностью тока до 103 А/см2) сверхкоротких (фемтосекундной длительности) импульсных электронных пучков с помощью нанографитных катодов.

• Показана возможность создания высокоскоростных детекторов формы импульсов лазерного излучения, работающих с высокой эффективностью в широком спектральном диапазоне.

Основные положения, выносимые на защиту

• Наименьшими порогами автоэлектроиной эмиссии обладают катоды на основе углеродных нанотрубок с минимальным радиусом.

• Облучение нанографитных пленок наносекундными лазерными импульсами приводит к появлению электронной эмиссии при напряженностях электрического поля ниже порогового для автоэлектронной эмиссии.

• Облучение нанографитных пленок фемтосекундным лазерным излучением позволяет получить интенсивную электронную эмиссию при электрических полях, значительно ниже пороговых для автоэлектронной эмиссии

• Эффект оптического выпрямления проявляется в панографитных пленках при их облучении наносекундными импульсами лазерного излучения в широком диапазоне длин волн от 266 до 5000 нм.

Апробация работы

Основные результаты докладывались на следующих международных конференциях:

1. International Topical Meeting on Field Electron Emission From Carbon Materials, 2-4 July, 2001, Moscow, Russia.

2. 1-st International conference "Carbon: fundamental problems of science, materials, technologies 17-19 October 2002, Moscow, Russia.

3. 15th International Vacuum Microelectronics Conference & 48th International Field Emission Symposium, 7-11 July, 2002, Lyon, France.

4. 2002 IEEE International Vacuum Electron Sources Conference, 15-19 July, 2002, Saratov, Russia.

5. Nano and Giga Challenges in Microelectronics research and Opportunities in Russia, Symposium and Summer School, 10-13 September, 2002, Moscow, Russia.

6. 13th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide, 8-13 September 2002, Granada, Spain.

7. European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes, 1-5 September 2003, Lausanne, Switzerland.

8. 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides and Silicon Carbide, 7-12 September 2002, Saltsburg, Austria.

9. XlXth Int. Winterschool / Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials and Molecular Nanostructures, 12-19 March, 2005, Kirchberg, Austria

10. 2nd Photonics and Laser Symposium (PALS 2005), 23-25 February 2005, Ka-jaani, Finland.

11. 6th International Conference on the Science and Applications of nanotubes, 26 June - 1, July 2005, Gothenburg, Sweden.

12. International Quantum Electronics Conference and Conference of Electro-optics Pacific Rim, 11-15 July 2005, Tokyo, Japan.

13. Quantum Electronics and Laser Science Conference, 22-27 May 2005, Baltimore, USA.

14. Interbnational Conference on the Coherent and Nonlinear Optics ICONO/LAT 2005, 11-15 May 2005, St Peterburg, Russia.

15. XXth Int. Winterschool / Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials: molccular nanostructures, 04 -11 March 2006, Kirchberg, Austria.

16. XXIst International Winterschool / Euroconference on Electronic Properties of Novel Materials: molecular nanostructures, 10 -17 March 2007, Kirchberg, Austria.

Публикации:

По основным результатам работы опубликовано И статей в реферируемых журналах. Список публикаций по теме диссертации приведен в автореферате.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Ляшенко, Дмитрий Александрович

Основные результаты, полученные в диссертации

• Создана конструктивно новая установка для изучения автоэлектронной эмиссии из пленочных материалов. Предложена и разработана оригинальная методика точного определения порогов автоэлектронной эмиссии для плоских катодов.

• Впервые проведено сравнительное исследование в одних и тех же условиях автоэмиссионных характеристик одностенных углеродных нанотрубок, синтезированных различными методами, и наноструктур на их основе - двустенных нанотрубок и углеродных стручков, заполненных молекулами Cqo или Cjq. Установлено, что нанотрубки с наименьшим диаметром обладают наименьшим порогом эмиссии (0.5 В//ш).

• Исследована электронная эмиссия из ианографита под действием наносекундного лазерного излучения с длиной волны 1600 нм. Обнаружено, что при лазерном облучении возникает эмиссионный ток с плотностью до 10 А/см2 при напряжениях существенно ниже пороговых значений, характерных для включения автоэлектронной эмиссии в нанографите. Подтверждена термоэлектронная природа эмиссии.

• Исследована электронная эмиссия из нанографита под действием фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 800 нм.

Установлено, что, как и в случае наносекундных импульсов, лазерное облучение индуцирует возникновение эмиссионного тока при напряжениях существенно ниже пороговых. Величина плотности тока составляет от 100 до 1000 А/см2 (при продолжительности эмиссионного импульса от 100 до 1000 фс).

• В нанографите и в углеродном нановолокне обнаружен эффект преобразования импульсов лазерного излучения в широком спектральном диапазоне в импульсы электрического тока с теми же временными характеристиками. Полученные экспериментальные данные интерпретированы в рамках теории эффекта оптического выпрямления в нелинейной среде.

Считаю своим приятным долгом выразить благодарность моему научному руководителю Елене Дмитриевне Образцовой за выбор интересной темы диссертации, постоянное внимание и помощь в работе; Виталию Ивановичу Конову за поддержку работы и создание творческой обстановки в коллективе; Александру Николаевичу Образцову и Юрию Петровичу Свирко за ценные советы и помощь в интерпретации результатов; Константину Ефимову за помощь в получении изобраоюений электронной микроскопии; Кимо Пассавари за помощь в освоении лазерной техники; а также весь коллектив лаборатории Спектроскопии наноматериалов Института Общей Физики им A.M. Прохорова РАН за атмосферу творчества и взаимопомощи, царящую в коллективе; моих друзей и родителей, которые вдохновляли меня на выполнение этой работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ляшенко, Дмитрий Александрович, 2007 год

1. Е. L. Murphy and R. H. Good, "Thermionic Emission, Field Emission, and the Transition Region," Phys. Rev. 102, 1464-1473 (1956).

2. L. Dobretsov and M. Gomoyunova, Emission Electronics (Nauka, Moscow, 1966).

3. L. Dobretsov and M. Gomoyunova, Emission Electronics (Kater Press, Israel, 1971).

4. R. W. Wood, "A New Form of Cathode Discharge and the Production of X-Rays, together with Some Notes on Diffraction. Preliminary Communication," Phys. Rev. (Series I) 5, 1-10 (1897).

5. R. Fowler and L. Nordheim, "Electron emission in intense electric fields," Proc. Roy. Soc. 119, 173 (1928).

6. I. Brodie and C. Spindt, "Vacuum microelectronics," Adv. Electron. Phys. 83, 1-106 (1992).

7. D. Temple, "Recent progress in field emitter array development for high performance applications," Mat. Science and Engineering R24, 185-239 (1999).

8. N. Xu and S. E. Huq, "Novel cold cathode materials and applications," Mat.

9. Science and Engineering R48, 047-189 (2005).

10. С. Fall, N. Binggeli, and A. Baldereschi, "Work Function at Facet Edges," Phys. Rev. Lett. 88, 156802-1 4 (2002).

11. G. Fursey, Field Emission In Vacuum Microelectronics (Plenum Publishers, New York, 2005).

12. R. Gomer., Field Emission and Field Ionization. (AIP., New York, 1993).

13. N. Morgulis, "To problem of Shotki effect for complex semiconductor cathodes," JETP 16, 959-964 (1946).

14. R. Stratton, "Field Emission from Semiconductors," Proceedings of the Physical Society. Section В 68, 746-757 (1955).

15. R. Stratton, "Theory of Field Emission from Semiconductors," Phys. Rev. 125, 67-82 (1962).

16. J. He, P. Cutler, N. Miskovsky, T. Feuchtwang, T. Sullivan, and M. Chung, "Derivation of the image interaction for non-planar pointed emitter geometries: application to field emission I- V characteristics," Surf. Sci. 246, 348-364 (1991).

17. R. Bell, Negative electron affinity devices. (Clarendon Press, Oxford, 1973).

18. H. Jia, Y. Zhang, X. Chen, J. Shu, X. Luo, Z. Zhang, and D. Yu, "Efficient fieldemission from single crystalline indium oxide pyramids," Appl Phys. Lett. 82, 4146-4148 (2003).

19. P. Cutler, J. He, N. Miskovsky, T. Sullivan, and B. Weiss, "Theory of electron emission in high fields from atomiccaly sharp emitters: Validity of Fowler-Nord-heim equation.," J. Vac. Sci. Technol. B. 11, 387-391 (1993).

20. R. Forbes, "Field-induced electron emission from electrically nanostructured heterogeneous (ENH) materials.," Ultramicroscopy 89, 7-15 (2001).

21. C. Spindt, I. Brodie, L. Humphrey, and E. Westerberg, "Physical properties of thin film field emission cathodes with molybdenium cones," J. Appl Phys. 47, 5248-5263 (1976).

22. J. P. Singh, F. Tang, T. Karabacak, T.-M. Lu, and G.-C. Wang, "Enhanced cold field emission from (100) oriented (3-W nanoemitters," J. Vac. Sci. Technol, В 22, 1048-1051 (2004).

23. J. Zhou, N.-S. Xu, S.-Z. Deng, J. Chen, J.-C. She, and Z.-L. Wang, "Large-Area Nanowire Arrays of Molybdenum and Molybdenum Oxides: Synthesis and Field Emission Properties," Adv. Mater. 15, 1835-1840 (2003).

24. C. J. Lee, T. J. Lee, S. C. Lyu, Y. Zhang, H. Ruh, and H. J. Lee, "Field emission from well-aligned zinc oxide nanowires grown at low temperature," Appl Phys. Lett 81, 3648-3650 (2002).

25. В. Xiang, Y. Zhang, Z. Wang, X. H. Luo, Y. W. Zhu, and D. P. Zhang, H. Z. Yu, "Field-emission properties of ТЮ2 nanowire arrays," J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 1152-1155 (2005).

26. S. Johnson, A. Markwitz, M. Rudolphi, H. Baumann, S. P. Oei, К. В. K. Teo, and W. I. Milne, "Field emission properties of self-assembled silicon nanostruc-tures on n- and p-type silicon," Appl Phys. Lett. 85, 3277-3279 (2004).

27. G. Fursey and D. Glazanov, "Deviations from the Fowler-Nordheim theory and peculiriarities of field electron emission from small-size objects," J. Vac. Sci. Technol. В 16(2), 910-915 (1998).

28. V. Pavlov., "Effect of the space charge of emitted electrons on field electron emission.," Technical Physics 49, 1610-1616 (2004).

29. H. Kuzmany, A. Kukovecz, F. Simon, M. Holzweber, C. Kramberger, and T. Pichler, "Functionalization of carbon nanotubes," Synthetic Metals 141, 113-122 (2004).

30. F. Koeck and R. Nemanich, "Sulfur doped nanocrystalline diamond films as field enhancement based thermionic emitters and their role in energy conversion," Diamond and Related Materials 14, 2051-2054 (2005).

31. В. И. Конов, П. И. Никитин, Д. Г. Сатюков, and С. А. Углов,

32. Термоэдс, возникающие вдоль тонких металлических пленок при лазерномоблучении," Известия Академии Наук СССР, серия Физическая 55, 1343-1347 (1991).

33. А. N. Grigorenko, P. I. Nikitin, D. A. Jelski, and Т. F. George, "Thermoelectric phenomena in metals under large temperature gradients," J. Appl. Phys. 69, 3375-3377 (1991).

34. H. 0. Pierson, Handbook of carbon, graphite, diamond and fullerenes. Properties, Processing and Applications (Noyes Publications, Park Ridge, New Jersey, USA, 1994).

35. H. Hiura, T. Ebbesen, J. Fujita, K. Tanigaki, and T.Takada, "Role of sp3 defect structures in graphite and carbon nanotubes," Nature 367, 148-151 (1994).

36. A. Obraztsov, I. Pavlovsky, A. Volkov, V. Petrov, A. Petrov, E. Rakova, V. Rod-datis, and S. Nagovitsyn, "A mechanism of field electron emission from nanoclus-tered carbon materials," Diamond Films and Technology 8, 249-260 (1998).

37. A. Obraztsov, A. Volkov, and I. Pavlovsky, "Mechanism of field emission from carbon materials," JETP Lett. 68, 59-63 (1998).

38. G. Mikheev, R. Zonov, A. Obraztsov, and Y. Svirko, "Giant optical rectification effect in nanocarbon films," Appl. Phys. Lett. 84, 4854-4856 (2004).

39. M. D. Ventra, S. Evoy, S. E. (Editor), J. R. Heflin, and J. R. H. (Editor),1.troduction to Nanoscale Science and Technology (Springer, New York, 2004).

40. S. Iijima, "Helical microtubules of graphitic carbon," Nature 354, 56-58 (1991).

41. S. Iijima and T. Ichihashi, "Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter," Nature 363, 603-605 (1993).

42. S. Reich, C. Thomsen, and J. Maultzsch, Carbon Nanotubes: Basic Concepts and Physical Properties (Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2004).

43. A. Rinzler, J. Hafner, P. Nikolaev, L. Lou, S. Kim, D. Tomanek, P. Nordlander, D. Colbert, and R. Snalley, "Unraveling Nanotubes: Field Emission from an Atomic Wire," Science 269, 1550-1553 (1995).

44. J.L.Hutchison, N. Kiselev, E. Krinichnaya, A. Krestinin, R. Loutfy,

45. A. Morawsky, V. Muradyan, E. Obraztsova, J. Sloan, S. Terekhov, and D. Za-kharov, "Double-walled carbon nanotubes fabricated by a hydrogen arc discharge method," Carbon 39, 761-770 (2001).

46. W. Smith, M. Montioux, and D. Luzzi, "Encapsulated in carbon nanotubes," Nature 396, 323 (1998).

47. T. Pichler, H. Kuzmany, H. Kataura, and Y. Achiba, "Metallic Polymers of C60 Inside Single-Walled Carbon Nanotubes," Phys. Rev. Lett 87, 267401 (2001).

48. R. Bacsa, E. Flahaut, C. Laurent, A. Peigney, S. Aloni, P. Puech, and W. Bacsa, "Narrow diameter double-wall carbon nanotubes: synthesis, electron microscopy and inelastic light scattering," New J. Phys. 5, 131.1-131.9 (2003).

49. B. Smith and D. Luzzi, "Formation mechanism of fullerene peapods and coaxial tubes: a path to large scale synthesis," Chemical Physics Letters 321, 169-174 (2000).

50. A. N. Obraztsov, A. A. Zolotukhin, A. O. Ustinov, A. P. Volkov, and Y. P. Svirko, "Chemical vapor deposition of carbon films: in-situ plasma diagnostics," Carbon 41, 836-839 (2003).

51. A. Obraztsov, A. Zolotukhin, A. Ustinov, A. Volkov, Y. Svirko, and K. Jefimovs, "In situ plasma diagnostics for chemical vapor deposition of nanocarbon thinfilm materials," Microelectronic Engineering 69, 446-451 (2003).

52. V. Kuznetsov, A. Usoltseva, A. Chuvilin, E. Obraztsova, and J.-M. Bonard, "Thermodynamic analysis of nucleation of carbon deposits on metal particles and its implications for the growth of carbon nanotubes," Phys. Rev. В 64, 235401-7 (2001).

53. R. Pfeiffer, H. Kuzmany, T. Pichler, H. Kataura, Y. Achiba, M. Melle-Franco, and F. Zerbetto, "Electronic and mechanical coupling between guest and host in carbon peapods," Phys. Rev. В 69, 035404-7 (2004).

54. R. Pfeiffer, H. Kuzmany, F. Simon, S. Bokova, and E. Obraztsova, "Resonance Raman scattering from phonon overtones in double-wall carbon nanotubes," Phys. Rev. В 71, 155409-8 (2005).

55. J.-M. Bonard, H. Kind, T. Stockli, and L.-O. Nilsson, "Field emission from carbon nanotubes: the first five years," Solid-State Electronics 45, 893-914 (2001).

56. V. Frolov, V. Konov, S. Pimenov, and E. Zavedeev, "Field-induced modifications of hydrogenated diamond-like carbon films using a scanning probe microscope," Diamond and Related Materials 13, 2160-2165 (2004).

57. V. V. Zhirnov, C. Lizzul-Rinne, G. J. Wojak, R. C. Sanwald, , and J. J. Hren, ""Standardization"of field emission measurements," J. Vac.Sci.Tech.B 19, 87-93 (2001).

58. A. A. Zakhidov, D. Lyashenko, A. Volkov, and A. Obraztsov, "Electron fieldemission from nanostructured carbon films," Proceedings of the 12th Annual Conference of Doctoral Students WDS 2003 (MATFYZPRESS, Prague) f-3, 573-577 (2003).

59. A. Obraztsov, A. Volkov, A. Zakhidov, D. Lyashenko, Y. Petrushenko, and 0. Satanovskaya, "Field emission characteristics of nanostructured thin film carbon materials," Applied surface science 215, 214-221 (2003).

60. A. Obraztsov, A. Zakhidov, A. Volkov, and D. Lyashenko, "Nano-carbon materials for cold cathode applications," Microelectronic Engineering 69, 405-411 (2003).

61. V. D. Frolov, A. V. Karabutov, V. I. Konov, S. M. Pimenov, and A. M. Prokhorov, "Scanning tunnelling microscopy: application to field electron emission studies," J. Phys. D: Appl. Phys 32, 815-819 (1999).

62. E. П. Шешин, Структура поверхности и автоэмиссиотые свойства углеродных материалов (Издательство МФТИ, Москва, 2001).

63. A. Baturin, A. Trufanov, N. Chadaev, and Е. Sheshin, "Field emission gun for

64. X-ray tubes," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 558, 253-255 (2006).

65. R. M. Russo, S. Kar, C. Sung, and D. E. Luzzi, "Field emission from peapods (filled single wall carbon nanotube systems)," MRS Meeting, SYMPOSIUM NN Molecular Electronics December 2 6, Boston, USA Abs. NN8.7/G14.7 (2002).

66. Y. Son, S. Oh, J. Ihm, and S.Han, "Field emission properties of double-wall carbon nanotubes," Nanotechnology 16, 125-128 (2005).

67. D. E. Luzzi, "Synthesis, structure, and properties of fullerene and nonfullerene nanopeapods," The 225th ACS National Meeting, New Orleans, LA, March 23-27COLL 370 (2003).

68. E. Obraztsova, S. Bokova, V. Kuznetsov, A. Usoltseva, V. Zaikovskii, U. Dett-laff-Weglikowska, S. Roth, and H. Kuzmany., "Raman and HRTEM Monitoring of Thermal Modification of HiCO Nanotubes," A IP Conf. Proc. 685, 215-218 (2003).

69. R. D. Fedorovich, A. G. Naumovets, and P. M. Tomchuk, "Electron and light emission from island metal films and generation of hot electrons in nanoparti-cles," Physics Reports 328, 73-179 (2000).

70. A. N. Obraztsov, A. P. Volkov, K. S. Nagovitsyn, K. Nishimura, K. Morisawa,

71. Y. Nakano, and A. Hiraki, "CVD growth and field emission properties of nanos-tructured carbon films," Journal of Physics D: Applied Physics 35, 357-362 (2002).

72. A.N.Obraztsov, A.P.Volkov, and I. Pavlovsky, "Field emission from nanostruc-tured carbon materials," Diamond and Related Materials 9, 1190-1195 (2000).

73. A. N. Obraztsov, I. Pavlovsky, A. P. Volkov, E. D. Obraztsova, A. L. Chuvilin, , and V. L. Kuznetsov, "Aligned carbon nanotube films for cold cathode applications," J. Vac. Sci. Technol. В 18, 1059-1063 (2000).

74. J. F. Ready, Effect of high-power laser radiation (Academic Press, New York, 1971).

75. F. Koeck, A. Obraztsov, and R. Nemanich, "Electron emission microscopy of nano-crystal graphitic films as high current density electron sources," Diamond and Related Materials 15, 875-879 (2006).

76. F. Koeck, J. Garguilo, and R. Nemanich, "On the thermionic emission from nitrogen-doped diamond films with respect to energy conversion," Diamond and Related Materials 13, 2052-2055 (2004).

77. S. T. Purccll, P. Vincent, C. Journct, and V. T. Binh, "Hot Nanotubes: Stable Heating of Individual Multiwall Carbon Nanotubes to 2000 К Induced by the

78. Field-Emission Current," Phys. Rev. Lett. 88, 105502 (2002).

79. M. Sveningsson, К. Hansen, К. Svensson, Е. Olsson, and E. Campbell, "Quantifying temperature enhanced electron field emission from individual carbon nanotubes," Phys. Rev. В 72, 085429 (2005).

80. Т. Choy, A. Harker, and A. Stoneham, "Field emission theory for an enhanced surface potential: a model for carbon field emitters," J. Phys.: Condens. Matter. 16, 861-880 (2004).

81. T. Choy, A. Stoneham, and A. Harker, "Dynamic resonance tunneling a theory of giant emission from carbon field emitters," J. Phys. Condensed Matter 17, 1505-1528 (2005).

82. G. Y. Slepyan, S. A. Maksimenko, V. P. Kalosha, J. Herrmann, E. E. B. Campbell, and I. V. Hertel, "Highly efficient high-order harmonic generation by metallic carbon nanotubes," Phys. Rev. A 60, R777IJ-R780 (1999).

83. V. A. Margulis and T. A. Sizikova, 'Theoretical study of third-order nonlinear optical response of semiconductor carbon nanotubes," Physica В 245, 173-189 (1998).

84. J.-S. Lauret, C. Voisin, G. Cassabois, J. Tignon, C. Delalande, P. Roussignol, 0. Jost, and L. Capes, "Third-order optical nonlinearities of carbon nanotubes in the femtosecond regime," Appl. Phys. Lett. 85, 3572 (2004).

85. A. F. Gibson, С. B. Hatch, M. F. Kimmitt, S. Kothari, and A. Serafetinides, "Optical rectification and photon drag in n-type gallium phosphide," Journal of Physics. C. Solid State Physics 10, 905 (1997).

86. Y. R. Shen, Principles of Nonlinear Optics (Wiley-Interscience, New York, 1984).

87. G. M. Mikheev, R. G. Zonov, A. N. Obraztsov, and Y. P. Svirko, "Optical rectification effect in nanostructured carbon films," JETP 99, 942-946 (2004).

88. B. N. Morozov and Y. M. Aivasyan, "Optical rectification effect and its applications (review)," Sov. J. Quantum Electron. 10, 1 (1980).

89. M. Anisimova, I. Vikulin, F. Zaitov, and S. Kurmashev, Semiconductor Pho-todetectors: Ultraviolet, Visible and Near-Infrared Spectral Regions (Radio I Syaz, Moscow, 1984).

90. A. N. Obraztsov, A. P. Volkov, G. M. Mikheev, A. G. Chakhovskoi, V. V. Roddatis, and A. V. Garshev, "Effect of laser radiation on the morphology and emissivity of nanodimensional carbon films," Technical Physics 50, 809-811 (2005).

91. A. Romanenko, О. Anikeeva, V. Kuznetsov, A. Obrastsov, A. Volkov, and A. Garshev, "Quasi-two-dimensional conductivity and magnetoconductivity of graphite-like nanosize crystallites," Solid State Communications 137, 625-629 (2006).

92. M. Zhang, K. R. Atkinson, and R. H. Baughman, "Multifunctional Carbon Nan-otube Yarns by Downsizing an Ancient Technology," Science 306, 1358-1361 (2004).

93. B. Ferguson and X.-C. Zhang, "Materials for terahertz science and technology," Nature Materials 1, 26-33 (2002).

94. G. M. Mikheev, R. G. Zonov, A. N. Obraztsov, Y. P. Svirko, and A. P. Volkov, "A Nanographite Film-Based Fast Response Detector for Intense Laser Radiation," Instruments and Experimental Techniques 48, 349-354 (2005).

95. A. N. Obraztsov and A. A. Zakhidov, "Low-field electron emission from nano-carbons," Diamond and Related Materials 13, 1044-1049 (2004).