О российских исследованиях квантовых структур для посткремниевой электроники

В России в 2020 году стартовал крупный научный проект по разработке в области новых материалов и элементной базы, работающей на новых физических принципах. В нем участвуют сразу 5 научных организаций из Новосибирска, Екатеринбурга, Нижнего Новгорода, Санкт-Петербурга.

Как сообщает специализированное издание «Наука в Сибири», сфера использования перспективных разработок данного проекта охватывает много отраслей: микро-, нано-, био- и оптоэлектроника, нанофотоника, СВЧ-электроника, сенсорика, радиационно стойкая электроника, квантовая электроника, ИК-техника. В сформированное исследовательское сообщество входят сотрудники Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН), Института физики металлов им. М. Н. Михеева (ИФМ) Уральского отделения РАН (Екатеринбург), Института физики микроструктур РАН (Нижний Новгород), Санкт-Петербургского и Новосибирского государственных университетов. За непродолжительный период реализации проекта российским ученым удалось достичь интересных результатов, открывающих дорогу к новым технологиям:

• Полученные в ходе совместных с ИФМ РАН исследований результаты позволяют ученым повысить рабочие температуры длинноволновых лазеров на основе квантовых ям.
• В сотрудничестве со специалистами ИФМ УрО РАН была обнаружена нестандартная структура квантового эффекта Холла, что актуально для понимания природы квантового магнитотранспорта двумерных структур. Кроме того, методом термоэлектрических испытаний под давлением исследователи установили обратимое изменение типа полупроводниковой проводимости монокристаллического HgTe в последовательности n-p-n (электронный — дырочный — электронный) в диапазоне давлений до 10 ГПа. Полученные результаты могут способствовать разработке наноэлектромеханических устройств нового поколения.
• Сотрудники СПбГУ внесли большой вклад в понимание влияния интеркаляции атомов марганца на электронную структуру графена. Контакт графена и магнитного слоя Mn высокоперспективен для устройств спинтроники – направления электроники, при котором в основе работы устройства будет лежать магнитный момент электрона.
• Ученые НГУ впервые продемонстрировали возможность локализации электронов в кольцевых молекулах квантовых точек и усиление эффективности локализации в многослойных структурах с молекулами. Полученные результаты имеют большое значение для развития новых подходов к созданию базовых элементов квантового компьютера.
• Работы, проведенные учеными ИФП СО РАН совместно с коллегами из Регенсбургского университета (Германия), позволили обнаружить гигантскую терагерцовую фотопроводимость квантового точечного контакта в туннельном режиме. На основе описанного эффекта ученые смогут создать новый класс приемников терагерцового и микроволнового излучения, работающих в чрезвычайно широком диапазоне частот от 1 ГГц до 1 Тгц. Кроме того, сотрудники института смогли развить технологию формирования планарных метаструктур субволновой топологии, применяемую для оптических сенсоров и функциональных устройств фотоники.

Российские ученые отмечают, что в ходе выполнения проекта уже получены важные результаты, применение которых в ближайшей перспективе однозначно продемонстрирует колоссальный потенциал разрабатываемых технологий. На сегодняшний день объединение уже привело к значительным достижениям в фундаментальной науке, кроме того, наш консорциум на данной стадии имеет понимание, как в практическом направлении применять постоянно накапливаемые знания. Исследования продолжаются.

На фото вверху: работа на установке молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых материалов на основе соединений A³B⁵