Новое открытие перспективно  для изучения нанорезонаторов (ультраминиатюрных приборов) и их практического применения.

Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирского государственного университета работали с наномеханическим резонатором, который представлял собой очень тонкую (сотни нанометров) колеблющуюся «подвешенную» полупроводниковую мембрану.

При воздействии на нее светом выяснилось, что добротность — одна из основных характеристик резонатора — изменилась и не вернулась к прежнему состоянию после «выключения» света.  Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters и статья вошла в число лучших материалов в издании.

 

KMO_120929_01970_1_t218_15.jpg 

Изображение нанорезонатора, полученное с помощью электронного микроскопа, масштаб: 1 микрон (одна тысячная миллиметра). Источник фото: Shevyrin et.al/APL, 2020

 

Наноэлектромеханические системы (НЭМС) позволяют исследовать свойства физических величин в наномире. Например, с помощью НЭМС можно измерить массу единичной молекулы. Изучение и создание НЭМС — один из трендов современной физики, однако в России этой тематикой занимаются лишь несколько научных групп, одна из которых работает в ИФП СО РАН.

 KMO_120929_01972_1_t218.jpg


Сотрудники Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова д.ф.-м.н. Артур Погосов и к.ф.м-.н. Андрей Шевырин. Автор фото: Надежда Дмитриева

Нанорезонатор обладает собственной частотой колебаний (резонансной частотой). Она меняется под действием внешних сил, например веса молекулы, и это можно измерить. Также нанорезонаторы способны преобразовать энергию колебаний в оптический сигнал или «уловить» появление новых молекул в исследуемой среде и, соответственно, могут использоваться как сенсоры для распознавания крайне малых количеств вещества.

 «Факт того, что в результате светового воздействия поменялась добротность устройства — удивителен, и ранее его никто не наблюдал. Нанорезонаторы часто исследуют с помощью оптических методов, теперь очевидно, что это не всегда корректно: проводя измерение, мы влияем на саму изучаемую систему. Добротность — одна из самых значимых характеристик резонатора: чем она выше, тем лучше задана резонансная частота устройства, а значит тем точнее можно измерить с его помощью нужные физические величины. Поэтому понимание механизмов, которые определяют добротность, имеет ключевое значения для изучения и разработки нанорезонаторов», — говорит первый автор статьи, научный сотрудник лаборатории неравновесных полупроводниковых систем ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Анатольевич Шевырин.

Для создания нанорезонатора в описываемой работе использовалась полупроводниковая многослойная структура на основе арсенида галлия  с двумерным электронным газом.  При помощи ряда процедур один из промежуточных слоев — жертвенный — избирательно вытравливался и, таким образом, удавалось «подвесить» тонкую полупроводниковую мембрану над подложкой. Колеблющаяся мембрана —  это и есть резонатор.

 

 3-uchenye-03032020.JPG

Исследование нанорезонатора под микроскопом, на фото Андрей Шевырин. Автор фото: Надежда Дмитриева

Свойства полупроводниковых наноструктур с двумерным электронным газом, квантовыми нитями и квантовыми точками — состояниями, в которых движение электронов ограничено (квантуется) в одном или нескольких направлениях  — предмет активного интереса в современной физике. А если эту систему дополнительно еще «заставить» колебаться, то обнаруживаются новые эффекты, недоступные при исследовании в статичном состоянии.

«Эффект изменения добротности — "замороженный", т.е. нанорезонатор "помнит", что на него воздействовали светом и не возвращается в прежнее состояние. Раньше наблюдалось похожее явление — "замороженной" фотопроводимости, объясняющееся так называемыми DX-центрами. Наши эксперименты показали, что, по всей видимости, легирующая примесь (она вводится в полупроводник, чтобы изменить его электрические свойства - Прим. авт), находясь в состоянии такого центра, определяет не только электронные, но и механические свойства систем. В частности то, насколько быстро затухают механические колебания в среде. Вполне возможно, что DX-центры можно будет в дальнейшем исследовать с помощью нанорезонаторов, например, тех, что мы создаем», — добавляет Андрей Шевырин.

DX центры — это особые состояния донорной (т.е. отдающей электроны) примеси в полупроводнике, которая вводится, чтобы изменить его электрические свойства. Исследование свойств DX центров имеет ключевое значение для практических применений полупроводниковых материалов.

4.jpg 

Экспериментальный образец, готовый к измерениям.  Фото предоставлено Андреем Шевыриным

«Наша группа давно занимается полупроводниковыми наноструктурами на основе арсенида галлия, и их свойства нам очень хорошо известны. Наноэлектромеханические системы — сравнительно новая для нас область, которая связывает электрические и механические свойства наноструктур, то есть находится на стыке двух направлений. Как показывают наши эксперименты, это позволяет обнаружить принципиально новые явления», — комментирует соавтор статьи, главный научный сотрудник лаборатории неравновесных полупроводниковых систем, заведующий кафедрой общей физики НГУ доктор физико-математических наук Артур Григорьевич Погосов.

Работа выполнялась при поддержке Российского научного фонда (грант № 18-72-10058) и госзадания ИФП СО РАН (грант № 0306-2019-0019).

Пресс-служба ИФП СО РАН

 

Источники

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 03/03/2020
Сибирские ученые впервые в мире зафиксировали необычные свойства сверхтонких мембран, способных взвесить отдельную молекулу
Seldon.News (news.myseldon.com), 03/03/2020
Сибирские ученые впервые в мире зафиксировали необычные свойства сверхтонких мембран, способных взвесить отдельную молекулу
Новосибирские новости (nscn.ru), 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Индикатор (indicator.ru), 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Seldon.News (news.myseldon.com), 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Новости@Rambler.ru, 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Bisnes-sodeistvie.ru, 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Kyivweekly.com, 03/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Mukola.net, 03/03/2020
Новосибирским ученые впервые в мире обнаружили необычное влияние света на наноэлектромеханические системы - "замороженное" изменение добротности
Научная Россия (scientificrussia.ru), 03/03/2020
Ученые ИФП СО РАН впервые в мире обнаружили необычное влияние света на наномеханические резонаторы
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 04/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Newtvnews.ru, 04/03/2020
Новосибирские ученые обнаружили необычное влияние света на наноэлектромеханические системы
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 04/03/2020
Новосибирским ученые впервые в мире обнаружили необычное влияние света на наноэлектромеханические системы - "замороженное" изменение добротности
1k.com.ua, 04/03/2020
Физики впервые увидели "замороженную" добротность
Lenta-7day.ru, 04/03/2020
Новосибирским ученые впервые в мире обнаружили необычное влияние света на наноэлектромеханические системы - "замороженное" изменение добротности
Nanonewsnet.ru, 05/03/2020
НАУКА
Независимая газета, 10/03/2020
Новосибирские ученые впервые в мире зафиксировали необычные свойства сверхтонких мембран
Независимая газета (ng.ru), 09/03/2020
Сибирские ученые впервые в мире зафиксировали необычные свойства сверхтонких мембран, способных взвесить отдельную молекулу
Seldon.News (news.myseldon.com), 09/03/2020
Сибирский ключ к управлению наносистемами
Коммерсантъ # Наука, 24/03/2020
Сибирский ключ к управлению наносистемами
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 24/03/2020

Похожие новости

  • 25/04/2016

    Новосибирский физик разрабатывает датчики углекислого газа на основе свето- и фотодиодов

    ​Молодой ученый Института физики полупроводников СО РАН, магистрант​ НГУ Карапет Элоян занимается разработкой датчиков углекислого газа на основе свето- и фотодиодов с использованием антимонидов индия и алюминия.
    2394
  • 13/11/2019

    Определены оптимальные состав и форма напечатанного графенового датчика влажности

    ​Ученые из Новосибирска сравнили эффективность датчиков влажности на основе графена, напечатанных на твердой и гибкой подложках. С результатами исследования можно ознакомиться в журнале Materials. Исследования поддержаны грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.
    595
  • 13/02/2018

    Новосибирские ученые создали тепловизоры, способные снимать «термофильмы»

    Учёные Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН создали тепловизоры, способные снимать «термофильмы» с частотой 100 кадров в секунду, что открыло широкие возможности для применения этих приборов в биомедицинских исследованиях и диагностике.
    1705
  • 14/04/2020

    Сибирь удивляет: самоочищающиеся ткани и комплексная термо- и рентгенографическая функциональная диагностика

    ​​​Председателю правительства Российской Федерации был направлен пакет технологий и разработок сибирских ученых, которые можно применить в борьбе с коронавирусной инфекцией и ее последствиями.      Ранее, на совещании президента России Владимира Владимировича Путина с членами правительства РФ, вице-премьер Татьяна Алексеевна Голикова отметила: «Проверяем еще 22 новых лекарственных препарата, которые представлены Сибирским отделением Российской академии наук, и тоже достоверные результаты получим 10 апреля 2020 года».
    521
  • 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.
    1444
  • 25/07/2016

    Новосибирские учёные разрабатывают лазеры в зелёном диапазоне

    ​Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ занимаются одним из самых актуальных на сегодня направлений в области лазерных технологий — созданием зелёных светодиодов и лазерных диодов (за синие светодиоды в 2014 году ученые из Японии и США получили Нобелевскую премию).
    1828
  • 14/05/2019

    От электрона к фотону: ИФП СО РАН — 55

    ​​Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова появился в результате объединения Института физики твердого тела и полупроводниковой электроники и Института радиофизики и электроники. С тех пор ИФП СО РАН остается признанным за рубежом и в России лидером в области создания и производства новых высокотехнологичных материалов, интегратором крупных научно-производственных проектов и коммуникационной площадкой для ученых, преподавателей, представителей индустриального и бизнес-сообщества.
    1096
  • 28/11/2019

    Действия обратной связи

    ​Новосибирские физики-теоретики изучают обратную связь в системах квантовой оптики. Поиск моделей, допускающих аналитическое решение, нужен для решения проблем квантовой теории управления.   В теории управления квантовыми системами значительный интерес проявляется к управлению малоразмерными квантовыми системами (атомами, наночастицами, электронами в квантовой точке).
    607
  • 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.
    904
  • 16/09/2019

    Как сделать новосибирский Академгородок научной столицей России

    ​15 сентября в здании Новосибирского государственного университета состоялся круглый стол на тему “Академгородок и Академгородки: сегодня и завтра” и мозговой штурм “Как сделать Академгородок научной столицей России”.
    1019