Развитие цифровой экономики, роботизации, квантовой криптографии требует от электроники увеличения скорости, энергоэффективности, быстродействия и безопасности передачи данных. Функциональные пределы привычной кремниевой элементной базы скоро будут достигнуты, поэтому сейчас во всем мире идет поиск структур, которые смогут работать на новых физических принципах, в частности – с использованием квантовых эффектов. 
 
Коллаборация российских исследователей под руководством специалистов Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН займется изучением физики квантовых эффектов как основы для элементной базы вычислительной техники будущего.
 
Проект ИФП СО РАН «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» стал победителем конкурса Минобрнауки России по приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ. Проект рассчитан на три года, совокупный объем финансирования – 300 миллионов рублей.
 
 
 
 
Научный сотрудник ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Дмитрий Рогило настраивает высокоразрешающий электронный микроскоп
 
 
«Наши результаты в дальнейшем могут стать точками роста для электроники будущего. По всем направлениям развития проекта у нас есть обширный задел: это касается как технологических, так и научных наработок. Исследовательские результаты участников нашей команды по тематикам, заявленным в проекте, опубликованы в высокорейтинговых научных журналах – Nature, Physical Review Letters и других», – объясняет руководитель проекта, директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик Александр Латышев.
 
 Исследования пройдут по нескольким направлениям:
 
  • Разработка эпитаксиальных технологий квантовых структур с заданными свойствами для перспективных приборов оптоэлектроники, нанофотоники, наноэлектроники и спинтроники;
  • Разработка систем для передачи информации с помощью одиночных фотонов – это обеспечивает защищенность и большой объем транслируемых данных;
  • Разработка нанотехнологий создания и установление основных физических закономерностей новых квантовых систем для пост-кремниевой электроники (на основе графена, ван-дер-ваальсовых гетероструктур, топологических изоляторов и полуметаллов Вейля);
  • Разработка технологии создания и исследование полупроводниковых наноструктур с квантовыми точками и спиновых квантовых центров в широкозонных полупроводниках для нового поколения устройств квантовой фотоники. Эти объекты перспективны для создания кубитов  ―  элементов квантового компьютера;
  • Разработка физических принципов технологий создания пост-кремниевых материалов, включая полупроводниковые и плазмонные метаматериалы, для нанофотоники, плазмоники и наносенсорики. Такие материалы могут использоваться для создания сверхчувствительных сенсоров, самообучающихся нейроморфных систем с минимальным энергопотреблением.
«Если говорить о топологических изоляторах: мы будем работать с двумерными структурами на основе теллуридов кадмия-ртути, а также соединений свинца-олова-теллура. Оба материала широко исследуются во всем мире, в связи с перспективой создания на их основе приборов, работающих на новых физических принципах. Например, спинтронных устройств, в которых перенос информации происходит при помощи спина электрона, а не заряда, как это осуществляется в традиционной электронике. За счет этого возможен большой выигрыш в скорости обработки и передачи информации, энергопотреблении, миниатюризации», – рассказывает ответственный исполнитель проекта, заместитель директора по научной работе ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Александр Милёхин.

 
 
Ведущий инженер-технолог ИФП СО РАН Владислав Армбристер контролирует синтез материалов на установке молекулярно-лучевой эпитаксии
 
 
Другое применение теллуридов кадмия-ртути – это разработка различных оптико-электронных приборов. Вместе с коллегами из Института физики микроструктур РАН ученые ИФП СО РАН планируют создать излучатели для терагерцового диапазона, используя структуры с квантовыми ямами на основе теллурида  кадмия-ртути. Терагерцовое излучение «просвечивает» многие материалы, не ионизируя и не разрушая их, и может использоваться в диагностической медицине, системах безопасности.
 
«Наноструктуры с прогнозируемыми свойствами будут выращиваться в ИФП СО РАН, а исследоваться – теоретически и экспериментально – совместно всеми участниками проекта. Нужно отметить, что в области создания структур состава кадмий-ртуть-теллур, фотоприемных устройств, наши ученые обладают квалификацией, технологиями и разработками высочайшего уровня», – добавляет Александр Милёхин.
 
У специалистов ИФП СО РАН накоплен большой опыт работы и в области спинтроники: они с учеными из других институтов Российской академии наук синтезируют необходимые материалы и исследуют их свойства. К концу 2020 года в институте появится необходимое аналитическое оборудование, которое позволит изучать зонную структуру и электронную поляризацию в твердых телах ― физические  основы спинтроники. Ранее такие установки были доступны только в других научных центрах, преимущественно зарубежных. ИФП СО РАН обновляет приборную базу на средства, выигранные в грантовом конкурсе Минобрнауки России, осуществляемом в рамках федерального проекта «Развитие передовой инфраструктуры для проведения исследований и разработок в РФ» нацпроекта «Наука».
 
 
 
 
Заведующий лабораторией ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Георгий Сидоров у установки сборки фотоприемных устройств
 
 
«Проект "Квантовые структуры для посткремниевой электроники" создает площадку для коммуникации между научными группами: хотя мы сотрудничаем давно, но для проведения интенсивных совместных исследований требуется финансирование. Сейчас эта проблема решена, и мы можем объединить наши компетенции, использовать сильные стороны всех участников, что позволит получить прорывные результаты»,  ―  добавляет Александр Латышев.
 
В числе участников проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» ― Институт физики микроструктур РАН, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Новосибирский государственный университет и Санкт-Петербургский государственный университет.

Источники

"Посткремниевая долина": как физика квантовых эффектов изменит электронику
Министерство науки и высшего образования РФ (minobrnauki.gov.ru), 23/09/2020

Похожие новости

  • 17/09/2020

    ИФП СО РАН создает научный и технологический базис для электроники будущего

     Коллаборация российских исследователей под руководством специалистов Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН займется изучением физики квантовых эффектов как основы для элементной базы вычислительной техники будущего.
    526
  • 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».
    718
  • 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.
    1283
  • 03/10/2018

    Академгородок. Перезагрузка

    ​Новосибирск как центр развития науки будет перезапущен. В нем будет реализовано три мощнейших проекта и еще 22 «обыкновенных». Планируемая общая стоимость — примерно полтриллиона рублей. За настоящий прорыв.
    2391
  • 29/10/2018

    Академик Александр Латышев назначен директором ИФП СО РАН

    ​23 октября приказом Минобрнауки России на должность директора Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН назначен академик Александр Латышев.
    1228
  • 02/09/2020

    РАН обсудит утрату права на экспертизу работы крупнейших научных и учебных центров

    ​Сегодня президиум Российской академии наук (РАН) соберется на «экстренное заседание», посвященное угрозе значительного урезания полномочий академии. Разработанный Минобрнауки проект правительственного постановления освобождает ряд организаций от обязательной научной экспертизы со стороны РАН — речь идет прежде всего о Курчатовском институте, а также подведомственных правительству МГУ, СПбГУ и НИУ ВШЭ.
    428
  • 04/01/2019

    Юбилей академика Александра Васильевича Латышева

    ​Александр Васильевич Латышев родился 4 января 1959 года в г. Булаево Северо-Казахстанской области. В 1981 году окончил Новосибирский госуниверситет по специальности «физика». Далее — в Институте физики полупроводников им.
    1157
  • 03/08/2020

    Академик Александр Асеев: «Кризис должен дать новый импульс развитию науки»

    Пандемия коронавируса показала нам, что страна во многом оказалось неготовой к глобальным вызовам. И одной из причин этому стали реформы последних лет в различных сферах. В последние годы на наших глазах в стране шла реформа медицины с уничтожением амбулаторий, поликлиник, небольших фельдшерских и акушерских пунктов.
    463
  • 11/08/2020

    Академгородок 2.0 – приобретения и потери: мнения экспертов

    Что удалось сделать для развития Новосибирского научного центра за последние годы и какие задачи остаются нерешенными? Три известных российских ученых инвентаризируют достижения и проблемы в статье, написанной для «Континента Сибирь»*.
    555
  • 31/08/2015

    Губернатор НСО отметил вклад сибирских ученых в развитие региона

    Губернатор Новосибирской области Владимир Филиппович Городецкий отметил почетными грамотами и благодарностями сотрудников Сибирского отделения РАН за значительный вклад в организацию и проведение III Международного форума технологического развития «Технопром-2015» и Выездного заседания Комитета Совета Федерации Федерального собрания Российской Федерации  по науке, образованию и культуре на тему «Роль и место научно-образовательного комплекса в решении задач реиндустриализации экономики регионов России».
    1643