Сибирским и немецким исследователям удалось построить модель и вычислить поведение экситонов — квазичастиц, с которыми связывают будущее электронных приборов, в частности квантовых компьютеров и смартфонов. Результаты опубликованы в высокорейтинговом журнале Physical Review Applied

 
«Все привыкли, что современные девайсы работают на электронах, но последнее достижение наноэлектроники — манипулирование на уровне фотонов и экситонов, то есть электронов, связанных с дыркой. На их основе можно делать наноразмерные оптоэлектронные приборы, датчики, компьютеры. Эти структуры способны переносить фотоны, а с их помощью — информацию. В отличие от электронов, фотоны не выделяют тепло, а значит, мы сможем уменьшать размеры устройств без риска их перегрева», — рассказывает соавтор работы, главный научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Карл Карлович Сабельфельд.
 
Математики в сотрудничестве с физиками исследовали поведение экситонов в современном полупроводниковом материале — нитриде галлия. Ученых интересовало взаимодействие электронов с таким дефектом в нанокристаллической решетке, как дислокация.
 
«Десятилетиями существовало представление, что дислокация словно съедает экситоны, когда они подходят к ней. Но в экспериментах было много противоречий. Мы обнаружили, что в наноразмерном полупроводнике вокруг дислокации создаются электрические поля, достаточные для того, чтобы взаимодействовать с экситонами, и построили модель для описания этих взаимодействий», — говорит Карл Сабельфельд.
 
Ученым удалось описать взаимодействие экситонов с дислокацией в электрическом поле, вычислить их подвижность, время их жизни, а также подтвердить полученные данные в эксперименте. Оказалось, что общепринятый ранее метод исследования был основан на неверном физическом представлении.
 
Технологии с использованием свойств экситонов применяют, в частности, для разработки нового поколения мобильной связи 5G. По словам Карла Сабельфельда, ИВМиМГ СО РАН сотрудничает в этом направлении с Институтом физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.
 
Работа проводилась в сотрудничестве с учеными из Института твердотельной электроники им. П. Друде в Берлине. Исследование поддержано грантом РНФ 19-11-00019.

Источники

Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники
Наука в Сибири (sbras.info), 24/12/2019
Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники
Российский научный фонд (рнф.рф), 24/12/2019
Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники
Российский научный фонд (rscf.ru), 24/12/2019
Построена модель поведения экситонов в полупроводнике
Индикатор (indicator.ru), 24/12/2019
Построена модель поведения экситонов в полупроводнике
Wi-fi.ru, 24/12/2019
Построена модель поведения экситонов в полупроводнике
Nanonewsnet.ru, 27/12/2019
Математики изучили поведение квазичастиц в материалах для наноэлектроники
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 28/12/2019
Математики ИВМиМГ СО РАН совместно с немецкими коллегами вычислили поведение экситонов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 09/01/2020
Математики ИВМиМГ СО РАН совместно с немецкими коллегами вычислили поведение экситонов
Новости Науки (sci-dig.ru), 10/01/2020
Математики ИВМиМГ СО РАН совместно с немецкими коллегами вычислили поведение экситонов
Nanonewsnet.ru, 12/01/2020

Похожие новости

  • 12/04/2019

    Как вычислить путь звезды

    Астрофизику сегодня невозможно представить без компьютерного моделирования: ученые воссоздают на ЭВМ космические процессы, не доступные для наблюдения, чтобы ставить эксперименты и подтверждать теории.
    640
  • 29/06/2017

    Ученые знают, как напечатать будущее

    ​Технологии цифровой печати объектов, как двумерных (2D), так и трехмерных (3D), стремительно развиваются во всем мире. К сожалению, в России за время перестройки была разрушена база, которая позволила бы нашей стране занять достойное место в этой области.
    1053
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    3069
  • 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.
    883
  • 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.
    408
  • 16/09/2019

    Подписан договор о научно-исследовательском сотрудничестве между ИВМиМГ СО РАН и ИНГГ СО РАН

    ​13 сентября 2019 года на заседании Ученого совета Института врио директора М.А. Марченко и директор Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН, д.т.н., профессор И.Н. Ельцов подписали договор о научно-исследовательском сотрудничестве.
    282
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    924
  • 06/08/2019

    Новосибирские ученые начали разработку высокоэффективных компактных лазеров

    ​В последнее десятилетие во многих лабораториях мира активно исследуются возможности создания высокоэффективных, мощных и компактных лазеров, генерирующих пучки излучения в среднем инфракрасном диапазоне, в частности на длинах волн 3–8 мкм.
    481
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    552
  • 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.
    1085