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

  • 18/06/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: ториевый реактор, циркониевая керамика и скаффолды, покрытые пленкой оксида графена

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за май. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 38, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 4,507.
    1001
  • 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.
    1225
  • 13/07/2021

    Физики исследуют, как течет ток в топологических изоляторах

    ​Группа ученых из России и Германии, в которую вошли ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, обнаружила новые особенности протекания фототока в топологических изоляторах. Результаты работы, которая продолжает предыдущие исследования коллаборации специалистов, опубликованы в журнале Scientific Reports.
    366
  • 08/09/2021

    Инновационная среда #6. Большие цифровые вызовы в современной науке

    ​Развитие многих наук в последние десятилетия зависит от суперкомпьютерного моделирования и расчетов. Это демонстрируют генетика, биотех, материаловедение, аэро-гидродинамика и другие направления. Заказчиками вычислений давно являются не только научные организации, но и компании, занимающиеся R&D.
    160
  • 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.
    2288
  • 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.
    2268
  • 16/07/2020

    ИФП СО РАН: подробности о деятельности подразделений и перспективах для молодых сотрудников

    ​Принять новых сотрудников готовы двадцать семь научных подразделений института, среди которых две молодежные лаборатории ― ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики и нанотехнологий и наноматериалов.
    1296
  • 20/04/2021

    «Экран ФЭП»: экологичная конкуренция, сотрудничество с государством и симбиоз с наукой

    Новосибирск занимает уникальное место на карте мирового рынка электронно-оптических преобразователей (ЭОП), применяемых в приборах ночного видения. Здесь сосредоточены три из четырех российских (а это примерно половина всех мировых) предприятий, выпускающих эти устройства.
    536
  • 08/07/2021

    Как использовать электрон с нулевой эффективной массой

     Некоторые многослойные полупроводники обладают необычным свойством — несимметричной проводимостью. Теперь ученые выяснили, где именно возникает этот эффект. Оказалось, что он зарождается только на особой границе между твердыми «слоями» полупроводника, которые отличаются по электронным свойствам.
    267
  • 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.
    1612