сегодня: 19.09.2020

[сделать стартовой]

Рубрики
Общество
Экономика
Политика
Спорт
Наука
Культура
Образование
Здравоохранение
Информационные технологии
Силовые структуры
Криминал
Происшествия
Экология
Недвижимость
Нск-риэлт
Байкал
Национальные проекты
Лес - богатство Сибири
Нефть и газ Сибири
Сибирский уголь
Научно-технический прогресс
Сибиряки
Мир вокруг нас
Интервью
Актуально

Сибирский федеральный округ
Наука и жизнь

Луна образовалась в результате ядерного взрыва


Видеокамеры для "супермена"


"Конец света" в прямом смысле слова


Земные океаны и атмосфера появились благодаря метеоритной бомбардировке


Солнце на Земле


Искусственный интеллект совсем рядом



ТОП-20 инженерных чудес света



Четвероногий друг


Новости Байкала

2020-07-18 10:42:00 /РИА "Сибирь" /Новосибирск

Новосибирские ученые нашли дешевый способ получения изолятора для квантовой электроники





Тонкие пленки селенида висмута получили двумя методами: вырастив их на подложках из слюды и электрохимически расщепив объемные кристаллы Bi2Se3, причем ученые добились формирования рекордно больших площадей образцов тонких пленок.

Селенид висмута - перспективный материал для создания электронных устройств нового поколения высокой производительности. Селенид висмута относится к классу топологических изоляторов - соединений, которые из-за особенностей своих свойств проводят спин-поляризованный электрический ток только по поверхности. При совмещении графена и электрохимически отслоенного селенида висмута удалось увеличить подвижность носителей заряда в пленках, что имеет большое значение для создания быстродействующих электронных устройств, работающих с минимальными тепловыми потерями.

Результаты совместных работ специалистов Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН, Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН, Новосибирского государственного университета, Новосибирского государственного технического университета НЭТИ опубликованы в журналах Materials Research Bulletin и Nanotechnology. 

На поверхности тополологических изоляторов можно управлять током электронов, имеющих одинаково направленные спины (спин-поляризованных). Практическое применение этого свойства позволит значительно уменьшить тепловыделение, которое существует в привычных электронных приборах, а значит увеличить быстродействие и скорость передачи информации. Спин - квантовая характеристика электрона (собственный момент импульса), не зависящая от внешних перемещений частицы.

Однако идеальные, предсказанные теоретически, свойства топологических изоляторов отличаются от тех, что наблюдаются в реальности: кристалл в объеме всё же проводит ток из-за структурных несовершенств. Чтобы воспользоваться технологически привлекательными характеристиками соединений, нужно создать им специальные условия. Решить эту задачу можно, получив идеальный бездефектный кристалл (что пока недостижимо), или тонкую пленку селенида висмута - по сути, поверхность в чистом виде: ее влияние становится заметным при толщинах пленки менее 100 нанометров.

"Мы давно сотрудничаем со старшим научным сотрудником Института геологии и минералогии СО РАН, кандидатом геолого-минералогических наук Константином Кохом, у нас опубликовано около 60 совместных работ, касающихся характеристик объемных топологических изоляторов. Константин умеет выращивать высококачественные, практически бездефектные кристаллы, в том числе и селенида висмута. Их можно раскалывать по определенной плоскости и, соответственно, получать гладкую поверхность, которая проявляет нужные свойства, но все еще далекие от идеальных. Поэтому следующий этап развития исследований, к которому мы приступили, синтез тонких монокристаллических пленок селенида висмута и исследование их электронных свойств", - отмечает заведующий лабораторией физики и технологии гетероструктур Института физики полупроводников СО РАН, профессор НГУ, доктор физико-математических наук Олег Терещенко.

Обычно тонкие полупроводниковые соединения выращивают дорогостоящим и сложным методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Константину Коху удалось создать сравнительно простую по конструкции установку, в которой используется газотранспортный метод роста. Он является существенно более дешевым и в эксплуатации и в разработке.

"Внешне реактор похож на длинную пробирку, расположенную горизонтально. С одной стороны реактора происходит нагрев порошка селенида висмута: пары соединения перемещаются в более холодный участок установки и там осаждаются на подложку из слюды. На ней начинается рост тонкой кристаллической пленки благодаря определенному сходству кристаллической структуры слюды и селенида висмута, которое приводит к возникновению химических (ван-дер-ваальсовых) связей между этими соединениями", - объясняет кандидат геолого-минералогических наук Константин Кох.

У синтезированных кристаллических пленок ученые Института физики полупроводников СО РАН обнаружили несколько интересных для практического применения свойств. Во-первых, большие по площади размеры объектов - около сантиметра в поперечнике, во-вторых, высокая подвижность носителей заряда: именно от этой характеристики зависит быстродействие электроники. И, в-третьих, новые структуры могут использоваться как электроды, прозрачные для инфракрасного излучения.

Подбор оптимальных ростовых условий занял около полугода: специалисты Института геологии и минералогии СО РАН варьировали температуры, продолжительность роста, руководствуясь сведениями об электрофизических характеристиках пленок, которые предоставляли ученые Института физики полупроводников СО РАН. Выяснилось, что лучшие по электрофизическим параметрам образцы формируются при температуре около 500 градусов Цельсия и на расстоянии 4-6 сантиметров от нагревательного элемента. Для диагностики структурного совершенства пленок, толщины, поэлементного состава использовались дифракционные методы, Рамановская спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия.

"Параметры поверхности (рельеф, шероховатость) определялись с помощью атомно-силовой микроскопии, электрическое сопротивление измеряли четырехзондовым методом. В итоге, мы получили карту зависимости сопротивления от расстояния от источника испаряемого селенида висмута. Выяснилось, что удельное слоевое сопротивление пленок, сформированных в «оптимальной» зоне - низкое: до 50 Ом на квадрат", - говорит научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН кандидат физико-математических наук Надежда Небогатикова.

Другой способ получения тонких пленок селенида висмута, модифицированный той же исследовательской группой, электрохимическое отщепление от объемного кристалла Bi2Se3. Объемные кристаллы для эксперимента выращивались методом Бриджмена-Стокбаргера, их также предоставил Константин Кох. Кристалл выступал в качестве одного из электродов и погружался в электролит-проводящую жидкость определенного состава. В результате подачи напряжения в цепь выделялись пузырьки газов, в частности водорода, которые и отслаивали пленки. Меняя электрическое напряжение и состав электролита, ученые Института физики полупроводников СО РАН подобрали оптимальные условия отщепления: ведь если пузырьков мало, то процесс идет долго. Если же слишком много - пузырьки могут разрывать отделяющиеся слои.

"На данный момент этот метод позволяет получать наиболее совершенную поверхность пленок - атомно-гладкую. Варьируя условия расщепления, мы можем получать пленки с различной толщиной или латеральными размерами", - добавляет Надежда Небогатикова.

Оказалось, что при создании слоистых структур, состоящих из  электрохимически отщепленных пленок Bi2Se3, перенесенных на графеновые "листы", такие характеристики пленок как проводимость и подвижность носителей заряда становятся лучше. Причем эффект наблюдался даже при комнатной температуре, на открытом воздухе, а не только в особо чистых условиях, что особенно важно для практических применений.

"Мы обнаружили, что в случае переноса на графен слоя "отщепленного" селенида висмута и последующего создания вертикальных гетероструктур наблюдается значительное увеличение и проводимости и подвижности носителей. Это дополнительно расширяет возможности использования таких слоев", - поясняет ведущий научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН, доктор физико-математических наук Ирина Антонова.

Площади образцов тонких пленок селенида висмута, полученные новосибирскими учеными как первым, так и вторым методом, составили от сотен микрон до квадратных сантиметров, что значительно больше, чем синтезировали ранее другие научные группы, в том числе за рубежом.

"Отличительная черта наших работ - продуктивное междисциплинарное сотрудничество исследователей разных специальностей: физиков и геохимиков", - подчеркивает Константин Кох.

Исследования выполнялись при поддержке Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований, отметили в пресс-службе Новосибирского государственного технического университета НЭТИ.



Cмотрите также:  Наука  Новосибирская область
Архив
пн вт ср чт пт сб вск
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 
Поиск по сайту
Что? Где? Когда?
*****

24-28 сентября 2020 года в Иркутске пройдет кинофестиваль "Человек и природа"

******

29-30 октября 2020 года в Кемерово пройдет Сибирский форум "Цифра в культуре и искусстве"

*******

Со 2 по 7 ноября 2020 года в Приангарье пройдет фестиваль искусства "Территория. Иркутск"

******
Сохраним Байкал!

Экологический кризис на Байкале: новый эпизод с сине-зелеными водорослями
Все о клещах

Новосибирские ученые: как уберечься от заболеваний, переносимых клещами

Планета Земля

2036 год: Апофеоз или Апокалипсис?


Катастрофы: возможность или неизбежность
Реклама

Универсальная вебкамера за 1190 рублей, функция автоматической записи
*******
О проекте Контакты Партнеры  
Rambler's Top100
Copyright © 2004-2020 РИА "Сибирь"
E-mail: rian@cn.ru
Телефон: 8(383) 214-20-12