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.
 
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
 

Похожие новости

  • 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.
    1361
  • 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).
    816
  • 23/10/2018

    В ИФП СО РАН обсудили сотрудничество с промышленными предприятиями Новосибирска

    ​В Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН прошло первое совещание специалистов института с департаментом промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска и промышленными предприятиями города.
    1183
  • 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.
    643
  • 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.
    2008
  • 13/04/2021

    О «космических» разработках ИФП СО РАН рассказали на пресс-конференции ТАСС в Новосибирске

    Специалисты Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН совместно с ведущими научно-производственными организациями РФ создают полупроводниковые материалы для высоконадежной электроники, которая выдерживает радиационный фон за пределами Земли; гибкие и легкие солнечные элементы; делают компоненты для спутникового зрения  ―  матрицы, фоточувствительные в инфракрасном диапазоне; создают ключевые компоненты для атомных часов; разрабатывают комплекс научной аппаратуры для синтеза полупроводниковых структур в космосе.
    288
  • 30/08/2018

    Science Slam о технологиях прошел в рамках «Технопрома-2018»

    ​Впервые в рамках VI Международного форума технологического развития и выставки "Технопром" в Новосибирске состоялся Science Slam. Около 200 человек пришли послушать выступления молодых инженеров-технологов и ученых в неформальной обстановке.
    1264
  • 16/04/2021

    Разработки самого высокого полета

     Каждый восьмой грант, получаемый учеными региона, посвящен аэрокосмическим исследованиям. Новосибирские ученые вносят большой вклад в освоение космоса: тренажер для стыковки космических аппаратов, технология для изготовления солнечных батарей на орбите и на Луне, катализаторы орто-пара-конверсии водорода, аэродинамические исследования перспективного российского многоразового космического корабля «Орел» — вот далеко не полный перечень разработок, рожденных в Сибири.
    502
  • 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.
    1486
  • 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.
    259