Специалисты Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Института биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из других научных организаций России, Польши и Франции сформировали графеновые островки (квантовые точки) сверхмалого размера ― единицы нанометров, ― заключенные в непроводящую матрицу. Исследователи добились этого с помощью «бомбардировки» тонких пленок фторированного графена ионами ксенона. Полученные структуры могут стать активными элементами наноэлектронных приборов, функционирующих при комнатной температуре.

 
Подготовка к началу измерений электрофизических характеристик образца

Квантовая точка ― ее иногда называют искусственным атомом ― частица полупроводника, в которой электроны находятся в потенциальной яме, то есть «заперты» и не могут свободно двигаться по всему кристаллу. Применение квантовых точек варьируется от использования в качестве флуоресцирующих меток в медицинских и биологических работах до создания одноэлектронных транзисторов и логических элементов квантового компьютера. Наноэлектронные (квантовые) устройства чувствительны к влиянию внешних условий и для корректной работы часто требуют охлаждения до температур близких к абсолютному нулю. Однако характеристики графена позволяют создавать наноэлектронные приборы, действующие в привычных нам условиях.

«Обычно, чтобы получить в графене квантовые точки, его “нарезают” на маленькие фрагменты, но, тогда края последних взаимодействуют с воздухом, окисляются. Это приводит к нестабильности свойств материалов на основе таких квантовых точек: в частности, к уменьшению электропроводности или подвижности носителей заряда. Возникает противоречие: нужны миниатюрные квантовые точки, но у них будет много краевых состояний, которые изменят (ухудшат) их параметры. В нашей работе мы формировали графеновые квантовые точки внутри матрицы фторографена (FG, диэлектрика на основе графена). Для этого мы облучали пленки фторографена быстрыми ионами ксенона. Создаваемые в результате облучения наноостровки графена оказываются встроенными во фторированную матрицу, у них нет оборванных связей и нет проблем с появлением краевых состояний», ― объясняет научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Надежда Александровна Небогатикова.

 
Научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН
кандидат физико-математических наук Надежда Небогатикова

Облучение высокоэнергетичными ионами ксенона с энергиями от 26 до 167 МэВ происходило в лаборатории ядерных реакций им. Г.Н. Флерова ОИЯИ. Благодаря кратковременному и мощному выделению тепла во время пролета иона, материал фторграфеновой матрицы локально расширялся и восстанавливался до графена вблизи треков (траекторий) ионов. Исследовательская группа предложила модель того, как происходил этот процесс.

«По-видимому, облучение разрушает отдельные частицы фторированного графена, из которого состоят пленки, приводя к формированию небольших (20-40 нанометров в диаметре) гранул с квантовыми точками. Интересно, что затем гранулы “слипаются” в более крупные сферические образования. Мы не ожидали увидеть подобный процесс, но пронаблюдали его в эксперименте и подтвердили при помощи моделирования», ― комментирует Надежда Небогатикова.

 
Облученный образец фторграфена на кремниевой подложке.

Одно из направлений развития подхода, предложенного в работе, – разработка материалов с заранее заданными электрическими параметрами за счет управления расстояниями между квантовыми точками и формирование из них определенного рисунка. По сути подобные материалы ― основа для создания гибких электронных устройств или карт памяти.

«Наноструктурирование пленок фторированного графена значительно расширяет возможные приложения последнего. Например, мы создали двуслойные структуры, состоящие из фторграфена, нанесенного на гибкую подложку из поливинилового спирта. Степень фторирования графена до облучения была такой, что он практически не проводил электрический ток. Однако после облучения и наноструктурирования за счет формирования электрически активных квантовых точек, мы увидели улучшение параметров резистивных переключений для наших структур на несколько порядков», ― отмечает ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Вениаминовна Антонова.

 
Ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Антонова

Эффект резистивных переключений используется при разработке энергонезависимой памяти на основе мемристоров. Ее характеристики: время хранения, скорость и плотность записи информации существенно превышают аналогичные параметры у традиционно используемых видов памяти.
Исследование выполнялось при поддержке Российского научного фонда (проект № 19-72-10046), Фонда президентских грантов (проект № SP-5416.2018.2)

Пресс-служба ИФП СО РАН
Автор фото: 1-3 ― Надежда Дмитриева, 4 ― Евгения Цаценко

Источники

Ионовая "бомбардировка" графена поможет развитию наноэлектроники
Поиск (poisknews.ru), 21/04/2020
Ученые получили квантовые точки сверхмалого размера
Infopro54.ru, 21/04/2020
Ученые ИФП СО РАН в составе международного коллектива исследователей получили квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Институт физики полупроводников СО РАН (isp.nsc.ru), 21/04/2020
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 21/04/2020
ИФП СО РАН работает над созданием материалов для гибких электронных устройств
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 21/04/2020
Ученые создали квантовые точки, расстреляв графен потоком ионов
Pcnews.ru, 21/04/2020
Ученые создали квантовые точки, расстреляв графен потоком ионов
Seldon.News (news.myseldon.com), 21/04/2020
Международный коллектив исследователей получил квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Популярная механика (popmech.ru), 21/04/2020
Ученые создали квантовые точки, расстреляв графен потоком ионов
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 21/04/2020
Ученым из РФ удалось создать квантовые точки
НьюИнформ (newinform.com), 21/04/2020
Ученым из РФ удалось создать квантовые точки
Ставропольский городской портал (cod26.ru), 22/04/2020
Графен разбили на квантовые точки
Наука и жизнь (nkj.ru), 22/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Индикатор (indicator.ru), 22/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 22/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Seldon.News (news.myseldon.com), 22/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Bisnes-sodeistvie.ru, 22/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Mukola.net, 22/04/2020
Новый материал для гибкой электроники и энергонезависимой памяти создан на основе графеновых квантовых точек
Нанометр (nanometer.ru), 25/04/2020
Новый материал для гибкой электроники и энергонезависимой памяти создан на основе графеновых квантовых точек
Seldon.News (news.myseldon.com), 25/04/2020
Новый материал для гибкой электроники и энергонезависимой памяти создан на основе графеновых квантовых точек
Новости науки (novostinauki.ru), 25/04/2020
Международный коллектив исследователей получил квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Научная Россия (scientificrussia.ru), 24/04/2020
Международный коллектив исследователей получил квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Город финансов (gorodfinansov.ru), 24/04/2020
На основе графена создали квантовые точки
Nanonewsnet.ru, 24/04/2020
Международный коллектив исследователей получил квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Nanonewsnet.ru, 27/04/2020
Ученые получили квантовые точки, облучив фторированный графен высокоэнергетичными ионами
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 27/04/2020
Ученые создали материал для энергонезависимой памяти на основе графеновых квантовых точек
РадиоЛоцман (rlocman.ru), 28/04/2020
В России на графеновых квантовых точках создан материал для энергонезависимой памяти
Время Электроники (russianelectronics.ru), 28/04/2020
Графен разбили на квантовые точки
Научный портал MSAU.RU, 04/06/2020

Похожие новости

  • 29/08/2018

    В Новосибирске обсудили перспективы развития технологической кооперации науки и производства

    ​Заседание Совета главных инженеров предприятий Сибирского федерального округа на VI Международном форуме и выставке технологического развития "Технопром-2018" было посвящено перспективам развития технологической кооперации науки и производства.
    1147
  • 22/08/2018

    Учеными впервые запечатлены флуктуации при квантовом фазовом переходе

    Физики впервые смогли напрямую зафиксировать локальную динамику системы, которая совершает квантовый фазовый переход, — аналог таких процессов, как конденсация и кристаллизация. В результате ученые пронаблюдали квантовый аналог пузырей пара, которые появляются в воде во время кипения.
    1439
  • 07/11/2019

    Масштабный проект по созданию квантового компьютера запускает Росатом

    Госкорпорация "Росатом" запустила масштабный проект по созданию отечественного квантового компьютера и библиотеки квантовых алгоритмов. Проектный офис по реализации этой инициативы, чей бюджет составит 24 млрд рублей, возглавил Руслан Юнусов, генеральный директор Российского квантового центра.
    723
  • 13/03/2020

    Первый отечественный детектор для системы квантовой связи создают в России

    ​Группа российских ученых разрабатывает первый отечественный детектор одиночных фотонов для использования в линии квантовой связи. Устройство позволит в несколько раз повысить качество и устойчивость связи и существенно сократить размеры оборудования для квантовой передачи информации, сообщили в четверг ТАСС в пресс-службе Российской венчурной компании (РВК).
    536
  • 23/08/2019

    Академик Александр Латышев: эволюция научных школ невозможна без движения и даже турбуленции

    С самого своего рождения микро- и наноэлектроника развивается такими бешеными темпами, как никакая другая отрасль. И все это происходит буквально на наших глазах. К примеру, каждые два года мы в принципе должны выбрасывать свои сотовые телефоны и покупать новые, потому что элементная база реально меняется в два раза.
    899
  • 31/10/2016

    Сибирский ученый представил результаты исследований на конференции по когерентной и нелинейной оптике

    ​С каждым годом учёные приближаются к созданию квантового компьютера, в том числе и специалисты из Новосибирского государственного университета и Института физики полупроводников (ИФП) СО РАН. Результаты последних достижений новосибирских физиков в области создания квантового компьютера были представлены на Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2016, которая прошла в Минске.
    3048
  • 26/01/2016

    Новосибирские физики и нобелевский лауреат из Японии будут вести совместные исследования

    ​Новосибирский Институт физики полупроводников (ИФП) СО РАН заключил соглашение о сотрудничестве с Университетом Нагои (Япония), где работает лауреат Нобелевской премии по физике 2014 года Хироси Амано, в ходе его визита в Новосибирск.
    1900
  • 24/12/2019

    Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники

    ​Сибирским и немецким исследователям удалось построить модель и вычислить поведение экситонов — квазичастиц, с которыми связывают будущее электронных приборов, в частности квантовых компьютеров и смартфонов.
    396
  • 07/02/2018

    «Экран-оптические системы» будет работать по технологиям ИФП СО РАН

     Институт физики полупроводников им А. В. Ржанова СО РАН и АО «Экран-оптические системы» подписали соглашение о сотрудничестве, в рамках которого в институт будет поставлено промышленное оборудование для производства полупроводниковых гетероструктур — необходимого компонента электронной базы современных телекоммуникационных систем, систем связи и цифровой экономики.
    1527
  • 29/01/2020

    Новосибирские ученые исследуют действие холодной плазмы на раковые клетки

    Совместный проект Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института теоретической и прикладной механики СО РАН направлен на развитие оригинального метода противораковой терапии с использованием холодной плазменной струи.
    663