doc - ПерсТ
реклама
Èíôîðìàöèîííûé áþëëåòåíü íàíîñòðóêòóðû ñâåðõïðîâîäíèêè ôóëëåðåíû http://perst.isssph.kiae.ru Òîì 6, âûïóñê 15/16 Â ýòîì âûïóñêå: àâãóñò 1999ã. НАНОЭЛЕКТРОНИКА Кремниевый транзистор в 2012 году Если проэкстраполировать все уменьшающуюся толщину подзатворного диэлектрика в промышленных кремниевых полевых транзисторах, то она достигнет 1нм в 2012 году. Изучением слоев окисла кремния SiO2 такой толщины уже сейчас заняты специалисты Bell Laboratories, Lucent Technologies (США). Пленка SiO2 такой толщины содержит всего пять монослоев, из них два соприкасаются с поверхностями металла и кремния, а на устроение необходимых изолирующих свойств остается всего три слоя. Для исследования использовался электронный спектрометр атомного разрешения (EELS). В результате удалось показать, что фундаментальным пределом, до которого слой окисла сохраняет изолирующие свойства, является 0.7нм, т.е. два монослоя. Указано на существенную роль кислородных вакансий. Учитывая современную технологию роста окисла и возникающие при этом шероховатости, реальной является толщина окисла 1.2нм. Nature, 1999, 399, p.758 Моделирование кремниевого нанотранзистора Похоже, что кремниевый полевой транзистор не собирается сдавать свои лидирующие позиции и в области наноэлектроники. Математическое моделирование, выполняемое разными группами, раз от разу показывает его хорошие характеристики вплоть до длины канала 10нм. Как известно, при уменьшении длины канала транзистора вступают в игру т.н. короткоканальные эффекты. С ними можно бороться двумя прямо противоположными способами. Во-первых, канал транзистора при столь малой длине, как 10нм, можно и вовсе не легировать. В этом случае натекание носителей в канал из контактных областей может и не приводить к запиранию транзистора вследствие возникновения кулоновского потенциального барьера. Китайские ученые из National Taiwan University of Science and Technology промоделировали противоположную ситуацию, когда канал сильно легируется, а толщина подзатворного окисла SiO2 делается очень малой. Как оказалось, при этом потенциальная яма у границы Si/SiO2, в которой образуется инверсионный слой носителей, углубляется и становится более узкой, да так, что необходимо учитывать квантование в поперечном к каналу направлении. Что касается движения в продольном направлении, то оно является вполне классическим и, более того, для его описания применимы диффузионно-дрейфовые модели, по крайней мере, для субмикронных длин канала. Результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными для полевых транзисторов с длиной канала 0.1мкм и толщиной диэлектрика 5нм. Jpn.J.Appl.Phys. 1999, 38, p.687 È äàëåå ... 2 Радио-SET Атомный контакт как термопара КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ 2 Квантовый компьютер: на жидком гелии на электронных волнах - 3 Квантовое моделирование на квантовом компьютере СВЕРХПРОВОДНИКИ 3 Увеличение Tc пленок Bi-системы при ионном облучении Симметрия щели в ВТСП. Анализ экспериментальных данных ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ 4 Атомный насос из нанотрубки Однослойные углеродные нанотрубки в 20 раз прочнее стали ФИНАНСИРОВАНИЕ 4 Стратегия Украины – на опережение ВЕСТИ С КОНФЕРЕНЦИЙ 6 Наноструктуры в июньском Репино 7 Nature о конференции в Дубне ЗАГРАНИЦА 7 Французские впечатления русского аспиранта НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ 9 Новый обзор по GaN НОВОСТИ ФИЗИКИ В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ 9 СВЕРХПРОВОДНИКИ КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ Радио-SET Если умножить сопротивление одноэлектронного транзистора (SET) на емкость туннельных контактов, то мы получим RC-время порядка 1пс. Если же умножить это сопротивление на емкость внешних проводников к SET, то мы получим RC-время порядка десятков миллисекунд. Разница огромная: внутреннее быстродействие SET гораздо выше быстродействия SET во внешней цепи. Одна из идей совершенствования внешней цепи заключается в помещении SET в волновод, рассчитанный на радиочастотный диапазон частот, т.н. rf-SET. О состоянии SET (проводящем или закрытом) можно судить по величине поглощения электромагнитной волны. Вообще говоря, при таком выходе из затруднительной ситуации у SET пропадает преимущество миниатюрности взамен увеличения быстродействия. Но эту идею нельзя откидывать без детального рассмотрения. А.Н.Коротков (сейчас в State University of New York) и M.A.Paalanen из Helsinki University of Technology рассчитали величину шума rf-SET’а и показали, что она не намного превышает шум в традиционном низкочастотном SET’е. Appl.Phys.Lett., 1999, 74, p.4052 Атомный контакт как термопара Затейливое переплетение квантованных электронных мод (каналов проводимости) с атомной структурой металлических наноконтактов делает их исследование весьма увлекательным занятием. Однако до сих пор ограничивались лишь измерением проводимости подобных контактов, за исключением двух работ. В одной из них (Rubio et al. [1]) одновременно измеряли механическое напряжение в контакте и его электрическое сопротивление и доказали связь ступеней проводимости с перестройкой расположения атомов в приконтактной области. Измерения на сверхпроводящих алюминиевых наноконтактах, представленные в другой работе (Scheer et al.[2]), позволили охарактеризовать моды проводимости. Благодаря сотрудникам Kamerlingh Onnes Laboratory, Leiden University (Нидерланды) мы теперь обладаем информацией и о термоэлектрических свойствах атомных контактов [3]. Они показали, что скачки в термо-э.д.с. коррелированны со скачками в сопротивлении контакта, которые связаны с включением новых каналов проводимости. Экспериментальные кривые неплохо укладываются на теоретические, а это как раз означает, что мы хорошо понимаем суть происходящего. В этом и ценность проведенных экспериментов. 1. Phys.Rev.Lett., 1993, 76, p.230. 2. Phys.Rev.Lett., 1996, 78, p.3535 3. Phys.Rev. B, 1999, 59, p.12 290 КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ Квантовый компьютер на жидком гелии Американские физики P.M.Platzman (Bell Laboratories, Lucent Technologies) и M.I.Dykman (Michigan State University) разработали устройство квантового компьютера на электронах, плавающих на поверхности жидкого сверхтекучего гелия. Как известно, электроны, находящиеся вблизи границы жидкого гелия и вакуума, попадают в потенциальную яму сил изображения и создают двумерный электронный газ. Наинизшее и первое возбужденное состояние электрона в этой яме может служить квантовым битом (qubit). Но это только самый первый шаг. Напридумывать кубитов, т.е. двухуровневых квантовых систем, можно великое множество. Гораздо сложнее придумать, как устроить управление отдельными кубитами, организовать взаимодействие между ними и обеспечить достаточно большое время декогеренизации. Именно эти затруднения не позволяют каждому из живущих на Земле физиков изобрести собственный квантовый компьютер. Локализация электронов в плоскости двумерного электронного газа обеспечивается отдельными электродами, размещенными под слоем жидкого гелия. Причем, электроны, рассыпанные по поверхности гелия, сами скатываются к этим электродам, их не надо специально размещать над ними. Операции над отдельными кубитами выполняются с помощью электромагнитных импульсов, переводящих электроны с нижнего на верхний уровень и наоборот. Доступ к отдельным кубитам осуществляется подачей напряжения на электрод, которое изменяет энергетический зазор между уровнями в данном кубите, иными словами, либо вводит в резонанс с электромагнитной волной, либо выводит из резонанса. Взаимодействие соседних кубитов обеспечивается кулоновскими силами между электронами. Очень интересно задуман процесс считывания результата. При этом надо было определить, в каком состоянии находится тот или иной кубит, т.е. узнать, на каком уровне сидит электрон, на нижнем или на верхнем. Это можно сделать, если разместить над электроном электрод и подать на него положительное напряжение. Электрон с верхнего уровня гораздо быстрее протуннелирует на этот электрод, чем электрон с нижнего уровня. Авторы рассмотрели процессы декогеренизации в системе. Главным из них является возбуждение электронами, находящимися на верхнем уровне, колебаний поверхности гелия (ripplon). Приложение достаточно сильного магнитного поля может сделать этот процесс очень маловероятным. Science, 1999, 284, p.1967 2 6, выпуск 15/16 ПерсТ, 1999, том Квантовый компьютер на электронных волнах Организация оптического квантового компьютера хорошо известна. Но ее не торопятся воплощать в жизнь ввиду малой пригодности для практических целей - слишком громоздки оптические элементы, делители, фазовращатели. Идея использовать электронные волны вместо оптических является настолько общепризнанной, что трудно установить ее изначальное авторство. Заслуга сотрудников Engineering Department, University of Cambridge (Англия) состоит в том, что они детально разработали устройство на электронных волнах, выполняющее квантовые логические алгоритмы (см. рис.). Действительно, одномерные квантовые каналы (квантовые проволоки) для электронов часто называют волноводами. И это вполне правильно до некоторого момента: фотоны не взаимодействуют, а электроны взаимодействуют кулоновским образом. Для достижения полной аналогии с фотонами в канале должен быть только один электрон. Но это как раз можно сейчас устроить с помощью т.н. одноэлектронных насосов (electron pumps). Кубит представляет собой два состояния электрона: электрон находится в одном канале, либо в другом. Если каналы соприкасаются друг с другом на некотором протяжении, то электрон полностью переходит из одного канала в другой. Это и есть операция изменения состояния отдельного кубита. Операцию взаимодействия кубитов можно организовать с помощью соприкосновения каналов, в которых находятся разные электроны. Кулоновское взаимодействие изменяет фазу волновой функции. http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/9907043 11 Julе 1999 Квантовое моделирование на квантовом компьютере В 1982 году Р.Фейнман высказал здравую идею моделирования квантовых систем с помощью опять же квантовых систем. Этот момент считается моментом рождения квантовых компьютеров. Участники большой сборной команды, в которую входят, в частности, сотрудники Los Alamos National Laboratory и Massachussets Institute of Technology впервые воплотили идею великого физика в жизнь. С помощью уже известной реализации квантовых вычислений на основе ядерного магнитного резонанса они осуществили расчет эволюции квантовых гармонического и негармонического осцилляторов. ПерсТ, 1999, том 6, выпуск 15/16 3 Phys.Rev.Lett., 1999, 82, p.5381 СВЕРХПРОВОДНИКИ Увеличение Tc толстых пленок Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O при ионном облучении Облучение сверхпроводников энергетичными ионами часто используется с целью искусственного создания в сверхпроводниках дополнительных центров пиннинга. Усиление пиннинга ведет к существенному росту плотности критического тока Jс, иногда на порядок и более. Что же касается критической температуры Tc, то она, как правило, уменьшается в соответствии с общим правилом подавления сверхпроводимости структурными дефектами, хотя при небольших дозах облучения иногда наблюдают незначительное (~ 1К) повышение Tc (так называемый эффект малых доз), которое сменяется падением при дальнейшем облучении. Обычно дозу облучения стараются подобрать так, чтобы добиться максимального увеличения Jс при незначительном понижении Tс. Индийскими физиками из University of Delhi и National Physical Laboratory впервые обнаружен очень существенный (на 15К) рост Tс толстых пленок Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O после облучения их ионами аргона [P.Agarvala et al., Physica C 313 (1999) 87]. Суть этого эксперимента состоит в следующем. Исходные пленки представляли собой смесь фаз 2212 и 2223 с преобладанием фазы 2212; они имели Tс = 85К. Ионное облучение стимулирует процессы локального плавления пленки и диффузии атомов, способствуя образованию высокотемпературной фазы 2223 (это подтверждает рентгеновская дифракция). В результате Tс повышается до 100К, "не дотягивая" всего 10К до Tс однофазных образцов 2223. Таким образом, ионное облучение представляет собой альтернативный способ получения фазы 2223, которая известна своей "капризностью", выражающейся в чрезвычайной чувствительности к условиям синтеза и отжига образцов. Симметрия щели в ВТСП. Анализ экспериментальных данных Как хорошо известно, в стандартной теории БКШ энергетическая щель 0 при нулевой температуре пропорциональна критической температуре Tc сверхпроводника, что было экспериментально подтверждено большим числом опытных данных. А как обстоит дело в высокотемпературных сверхпроводниках, в которых, видимо, реализуется d-волновое спаривание? Детальным анализом соответствующих экспериментальных данных занялись Christos Panagopoulos и Tao Xiang из Великобритании, опубликовавшие свои результаты в Phys.Rev.Lett. 81, 2336 (1999) и Physica C (в печати). В сверхпроводниках с параметром порядка, имеющим dx2-y2-симметрию, зависимость ( k ) 0 ( ) cos( 2 ) имеет вид четырех лепестков, которые отвечают разным знакам ( k ) , а, кроме того, имеются четыре направления, соответствующие нулевому значению параметра порядка (в предыдущей формуле - это угол, образуемый импульсом k и направлением [100] в плоскости CuO2). Следует заметить, что обычно завиcимостью 0 ( ) пренебрегают, полагая эту величину константой, в то время как Panagopoulos и Xiang считают принципиально важным ее учет. Проанализировав данные фотоэмиссии высокого углового разрешения, туннельных экспериментов и ряда других измерений, они пришли к выводу, что в купратах величина 0 ( / 4) действительно изменяется пропорционально Tc в широком диапазоне концентраций (и для недодопированных, и для передопированных соединений), как это и предсказывает БКШ-теория, примененная к dx2-y2 сверхпроводникам. В то же время максимальная величина параметра порядка, которая реализуется при 0 или / 2 , не меняется с Tc . Более того, в недодопированном режиме она растет с уменьшением Tc . Все это указывает на то, что и амплитуда параметра порядка 0 и ее свойства сильно зависят от угла . Этот факт еще больше усложняет (и без того непростую) картину сверхпроводящего спаривания в ВТСП соединениях. терно для углеродных нанотрубок. Авторы рассчитали как силу электронного ветра, так и возвращающую силу, создаваемую пространственным ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ Атомный насос из нанотрубки Размещение и перемещение отдельных атомов на поверхности с помощью острия сканирующего туннельного микроскопа (STM) открыло новую эру в нанотехнологии. Но возможности STM ограничены тем, что, разместив один атом в нужном месте, он должен “идти” за другим. Ученые из University of Toronto (Канада) и Michigan State University (США) предлагают преодолеть этот недостаток, используя атомный насос из полой углеродной нанотрубки. Такая трубка может быть заполнена атомами, и это уже демонстрировалось на эксперименте. Далее возникает проблема с тем, как их перемещать. Ученые предлагают устроить электромиграцию атомов во внешнем электрическом поле. Однако, оказалось гораздо эффективнее перемещать атомы не самим полем, а электронным ветром. Электроны разгоняются в электрическом поле и подталкивают атом. Для того чтобы разгонять электроны, можно использовать переменное поле, создаваемое внешней электромагнитной волной. При этом перемещение атомов возможно только при наличии анизотропного закона дисперсии, что как раз и харак- 4 6, выпуск 15/16 ПерсТ, 1999, том зарядом электронов, отраженных от атома. К счастью, последняя оказалась невелика, и предложенный механизм перемещения атомов выглядит вполне реалистическим. Дело за экспериментом. Phys.Rev.Lett., 1999, 82, p.5373 Однослойные углеродные нанотрубки в 20 раз прочнее стальных Углеродным нанотрубкам присуще удачное сочетание высокой прочности с высокой упругостью. Эти их качества уже сейчас служат в атомных силовых микроскопах, использующих в качестве надежного наконечника многослойную нанотрубку. Не менее перспективна попытка создания на их основе новых конструкционных материалов, в которых нанотрубки играют роль укрепляющих добавок. В этой ситуации актуально получение точных количественных данных по механическим параметрам углеродных нанотрубок, носящих на сегодня скорее противоречивый характер. Результаты различных авторов различаются между собой в несколько раз. Р.Смолли и соавторы (Университет Райса, Техас) недавно представили достаточно надежные количественные данные о механических свойствах однослойных нанотрубок. Собранные в жгуты однослойные нанотрубки были выращены стандартным методом импульсного лазерного испарения в присутствии катализаторов. Каждый из жгутов имел в длину несколько микрон и содержал от десятков до сотен нанотрубок, связанных друг с другом силами вандерваальсовского притяжения. Эти жгуты добавлялись в N,N-диметилформамид, образуя суспензию, из которой они затем осаждались на поверхность окисленной кремниевой пластины. На поверхность осаждались слои хрома и золота толщиной 2 и 20-50нм, соответственно, проводились последовательные процедуры травления, в результате которых жгуты нанотрубок оказывались в свободно подвешенном состоянии между двумя металлическими стойками. Расстояние между точками подвеса составляло 4мкм, а глубина образующейся при этом траншеи - около 2 мкм. Для приложения к жгуту механической нагрузки использовался наконечник атомного силового микроскопа. В результате измерений была установлена связь между смещением наконечника и поперечной нагрузкой на жгут. Начиная с определенного смещения, указанная связь имеет вид кубической зависимости, характерной для упругой струны. Величина упругой деформации, полученная в результате обработки измерений, выполненных с 4 объектами, составляет 5.80.9%. Отсюда следует значение прочности жгута нанотрубок 457ГПа, что примерно в двадцать раз превышает соответствующее значение для высокопрочных сталей. Appl. Phys. Lett. 1999, 74, p.3803 ПерсТ, 1999, том 6, выпуск 15/16 5 ФИНАНСИРОВАНИЕ Стратегия Украины – на опережение Специалисты в области научной политики в Украине невысоко оценивают нынешнее состояние микроэлектроники здесь. Технологическое отставание, начавшееся еще в СССР, стало, возможно, необратимым в 90-е годы, когда были остановлены многие производства на украинских предприятиях радиоэлектронного и приборостроительного профиля, а десятки тысяч специалистов, не имея работы, нашли себе применение в других отраслях народного хозяйства (к сожалению, довольно далеких от их прежних занятий). Несмотря на то, что в настоящее время в Украине имеется более ста предприятий электронной промышленности и несколько сот предприятий радио-, приборостроительной и смежных отраслей, наладить выпуск основных изделий кремниевой транзисторной электроники на каком-то конкурентоспособном уровне не представляется возможным. В то же время потребности украинского рынка в такого рода продукции довольно велики (одних только персональных компьютеров в последующем десятилетии понадобится примерно 15 млн. штук). Что делать дальше? Продолжать импорт практически всей элементной базы, догонять кремниевую электронику или разработать собственный путь? Такая проблема стояла перед разработчиками новой государственной научно-технической программы “Наноэлектроника - стратегический путь развития высоких технологий Украины XXI века”. Они выбрали собственный путь на опережение: не копируя опыт других развитых стран, попытаться догнать (а быть может, и перегнать) их на нынешнем новом витке развития электронных технологий, который, в первую очередь, характеризуется внедрением новых материалов и беспрерывным уменьшением размеров элементов в глубокую субмикронную область. Выбраны основные цели украинской комплексной межотраслевой программы по наноэлектронике: - разработка научных основ современных технологий и технических средств, направленных на производство электронных материалов с использованием сырьевой базы Украины, - реанимация предприятий военно-промышлен-ного комплекса, - техническое перевооружение всех предприятий радиоэлектронного и приборостроительного профиля, - создание значительного числа новых рабочих мест, - разработка и внедрение скоростных и сверхскоростных оптоэлектронных технических средств создания компьютерных сетей, - - - внедрение современных технологий производства изделий функциональной гетероэлектроники путем конструирования многослойных квантоворазмерных наноструктур, создание систем контроля и управления сложными инженерными комплексами (атомные электростанции, шахты и пр.), экспорт высоких технологий и изделий наноэлектроники. По мнению авторов программы, в настоящее время в Украине имеются реальные условия для реализации этих планов. В этом отношении они сравнивают нынешнюю Украину с послевоенной Японией, которая, взяв в свое время курс на развитие новых наукоемких технологий, сравнительно быстро вышла на выпуск конкурентноспособной продукции. Причем, стартовые условия на Украине несравненно более предпочтительны. Каковы же они и откуда оптимистичные надежды на то, что через 5 - 10 лет Украина сможет обеспечить свои внутренние потребности в электронных материалах, элементах и устройствах на 80 - 90 %? Это: - высокий уровень фундаментальных исследований по проблемам наноэлектроники, - богатая сырьевая база, - налаженное производство современных материалов (в частности, Украина - это крупнейший в мире производитель новых материалов типа арсенида галлия и магнитных материалов для функциональных устройств), - более ста предприятий радиоэлектронной промышленности, способных освоить выпуск современной элементной базы и сложных устройств, - дешевая (к сожалению!) и в то же время высококвалифицированная (приятно сознавать!) рабочая сила. Чтобы получить некоторое представление о намеченных планах, перечислим основные разделы новой программы: 1. Организационные аспекты развития наноэлектроники: - модернизация технологического оборудования, - аппаратное и метрологическое оборудование. 2. Развитие физико-технологических основ базовых нанотехнологий. 3. Развитие элементной базы. - транзисторные и диодные СВЧ элементы, микролазерная техника, оптоэлектроника, вакуумная микро- и наноэлектроника. 4. Организация производства и внедрение конкурентноспособных технических средств на базе нанотехнологий. 6 6, выпуск 15/16 В реализации новой программы, которая стартует осенью 1999 года и финиширует в 2004 году, примут участие 12 базовых организаций, в том числе, академические и прикладные институты, а также производственные предприятия. Управление всей программой осуществляет Научно-производ-ственный концерн “Наука”, который в настоящее время объединяет две киевские организации (ГосНИЦ “Фонон” и НПО “Сатурн”), два харьковских академических института (Радиоастрономический институт и Институт монокристаллов), НПО “Карат” из Львова, а также Светловодский завод чистых металлов. Возглавлять Программу будет согласованный квартет - С.Ю.Ларкин (генеральный директор НПК ”Наука”), В.Г.Литовченко (руководитель отделения микроэлектроники Института полупроводников НАНУ), В.И.Осинский (заместитель директора НИИ “Вектор”) и Ю.И.Якименко (первый проректор КПИ). Контактный адрес и телефоны: 252030, Украина, г.Киев, бул.Шевченко, 16, НПК “Наука”; тел./факс (044) 246 -37-96; тел. (044) 246-38-36; e-mail: оffice@nauka.kiev.ua ВЕСТИ С КОНФЕРЕНЦИИ Наноструктуры в июньском Репино С 14 по18 июня в курортном пригороде Санкт-Петербурга – Репино, бывшем Куоккалла, проходил седьмой международный симпозиум “Nanostructures: physics and technology”. Конференция стартовала в немного ностальгическом духе, отдав дань текущему 275-ти летнему юбилею Российской академии наук. Особенно прочувствовано прозвучал фрагмент вводного доклада, где припоминались славные года середины XVIII века, когда бюджет Российской академии (состоявшей всего из пары десятков академиков и нескольких студентов) был самым большим среди бюджетов Академий Наук того времени. Однако потому ли, что это было давно, или потому, что было произнесено на официальном языке конференции – английском и подчеркнуто не имело проекции на сегодняшнюю жизнь, никто особенно не расстроился и конференция пошла своим чередом. Трудно сказать, насколько это было рассчитанным эффектом программного комитета, но первый доклад, представленный хозяевами конференции – сотрудниками ФТИ РАН - явно демонстрировал, что нынешний РАН способен не только к ностальгическим всхлипам. С.Иванов, представлявший результаты, полученные довольно большой командой, рассказал о новых достижениях по созданию эффективных зеленых лазеров в системе полупроводников II-VI. Напомним, что ZnS был известен как хороший люминофор еще Л.Беккерелю, ПерсТ, 1999, том однако материалы II-VI оказались достаточно специфическими, и в оптоэлектронике они остались далеко позади полупроводников III–V. И только сейчас, когда весь оптоэлектронный мир вступил в затяжную гонку за эффективные оптоэлектронные приборы зеленого и голубого диапазона на базе нитрида галлия, россиянам удалось взять реванш на уже почти всеми забытом II-VI пути. Авторы использовали серьезный арсенал приемов современной нанотехнологии, чтобы обойти общеизвестные, но не преодоленные до сих пор подводные камни. В новых приборах диффузия дефектов в активный слой гетеролазеров блокируется слоями сверхрешеток с переменной деформацией, а эффективная локализация носителей в активном слое с большой силой осциллятора обеспечивается слоем квантовых точек, на которые при тщательном подборе состава распадается активная область (fraction monolayer). Помнится, первый президент СССР в свое время заявлял по поводу “звездных войн”, что, поскольку у нас нет возможности противопоставить “их” СОИ равноценную программу с нашей стороны, наш ответ будет асимметричным. Что он имел в виду, так никогда и не было объяснено, но голубые и зеленые гетеролазеры на II-VI – это наш достойный асимметричный ответ всемирной нитридной технологической гонке. Два других доклада первого дня (J.-P. Leburton и S.Tarucha) были посвящены многоэлектронным эффектам в квантовых точках. Генетически, эти работы можно рассматривать как продолжение “одноэлектроники”, некогда “рожденной в СССР”. Сейчас лидерство в этой области удерживают многонациональные команды. Результаты, о которых рассказывали докладчики, поражают классической простотой. Физики, опираясь на возможности нанотехнологии, собирают из отдельных электронов искусственные атомы. Естественно, собрать атом почти из ничего оказывается совсем не простым делом, начиная с изготовления квантовой точки с необходимыми параметрами, проведения опытов в диапазоне температур в десятки милликельвинов, квантовых расчетов состояний для несуществующих в природе “плоских” (двумерных) атомов, и многого другого. Но технические сложности не заслоняют простой и ясный физический смысл проводимых исследований. Идея экспериментов состоит в следующем: нанообласть с малой плотностью состояний (квантовая точка, локализующая носители) является аналогом притягивающего потенциала ядра атома. Электроны, попавшие в эту область, оказываются настолько сближены, что вынуждены следовать законам формирования оболочек, примерно таким же, которые формируют последовательность элементов в таблице Менделеева. В качестве инструмента, который позволяет контролировать состояние ансамбля электронов в точке, используется ПерсТ, 1999, том 6, выпуск 15/16 7 вольтамперная характеристика туннельного тока через такую точку, при этом потенциал точки относительно эмиттера в процессе регистрации ВАХ определяет ее заряд и, тем самым, число электронов, находящихся на точке. Наблюдающиеся осцилляции тока в зависимости от смещения выявляют переходы точки в состояния с различным числом электронов (аналоги атомов разных элементов), причем разница в потенциалах между всплесками тока, в соответствии с расчетами, четко отслеживает заполнение устойчивых оболочек. В результате интервал смещения до следующего всплеска оказывается существенно выше. При этом устойчивые состояния (в полном соответствии с тем, что должно происходить в атомах), смещаются под действием магнитного поля, являя аналоги эффекта Зеемана, правила Хунда и чуть ли не всей остальной физики, вместе взятой. Те, кому не удалось побывать вовремя в Репино или не знаком с этими работами, могут просто получить удовольствие, прочтя статью в Phys. Rev. Lett., 1996, 77, 3613, довольно близкую к тексту одного из докладов. Конференция выявила явную тенденцию к освоению “дополнительных степеней свободы” нанообъектов – в частности, попытки изучения и управления спиновыми состояниями наноразмерных объектов. В этом качестве использовались наночастицы как традиционных магнитных материалов (работы сотрудников Института микроэлектроники из Ярославля), так и обычных немагнитных полупроводниковых материалов. Примером работы последнего направления может служить совместное исследование российско-французской команды (докладчик Калевич В.К., ФТИ РАН) по прямой регистрации спиновой динамики фотовозбужденных электронов в квантовых точках. Где-то в глубине замысла эта работа имеет точки соприкосновения с упоминавшимися работами по многоэлектронным эффектам - в том и в другом случае возможность наблюдать эффект обеспечивается низкой плотностью состояний. Однако, если в работах по многоэлектронным эффектам исследовались стационарные электронные состояния (кстати, и спиновые в том числе!), в работе по спиновой динамике исследовались эффекты заселения спиновых подуровней, протекающие в пикосекундном масштабе времени. Небезынтересно вспомнить, какой виток спирали прошла оптика поляризованных электронов в полупроводниках с момента зарождения в начале 70-ых. Когда впервые было показано, что поперечное магнитное поле управляет спиновыми состояниями возбужденных электронов, основной полезный эффект виделся в том, что наносекундные времена релаксации можно измерять с помощью постоянного магнитного поля – т.е. с помо- щью стационарной методики. Сейчас мы видим обратную тенденцию – прямые пикосекундные измерения являются инструментом, в то время как основным объектом интереса является исследуемый материал и процессы в нем. Еще одна работа по “электронно-спиновой” тематике также российско-французской команды (докладчик Мамаев Ю.А. СГПТУ, С.-Петербург) представила новые данные по механизмам спиновой релаксации электронов в напряженных слоях арсенида и арсенида–фосфида галлия. Тематика мало что говорит человеку, не являющемуся специалистом в конкретной узкой области, но доклад упоминания стоит – небольшая университетская команда не только изучает явление эмиссии поляризованных электронов в вакуум, но и поставляет эмиттеры поляризованных электронов (маленькие кусочки полупроводника) на ведущие ускорители мира, потеснив традиционные и ужасно громоздкие магнитные системы. Заслуживает если не анализа, то, по крайней мере, упоминания и многое, многое другое. Но, к сожалению, в выпуск “ПерсТ”’а невозможно вместить события пяти дней конференции, 565 страниц сборника тезисов, а также культурную программу и дискуссии у стендов. Поэтому – шлите тезисы на следующий симпозиум “Наноструктуры-2000”, попадайте на него, докладывайте – и не пожалеете - увидите все сами. М.Компан “Nature” о конференции в Дубне В знойную летнюю пору (01-03.07.99) на берегах Волги проходили жаркие дебаты по весьма горячей тематике, касающейся манганитов с колоссальным магнитосопротивлением и без него, спин-пайерл-совских соединений и разной другой экзотики. Конференция под названием “Спиновое, зарядовое и орбитальное упорядочение в сложных магнитных оксидах” была организована в Дубне Объединенным институтом ядерных исследований и дубнинским филиалом НИИ ядерной физики МГУ. В Дубне собралась небольшая (около 50 человек), но представительная команда специалистов из России, Англии, Франции, Германии, Голландии и Японии. Эта конференция нашла немедленный отклик на берегах другой знаменитой европейской реки – Темзы. В номере от 29 июля 1999 года журнал “Nature” опубликовал в разделе “News and Views” довольно подробный отчет о дубнинском событии [1], к которому мы и отсылаем наших читателей. 1. N.Wathur “Magnetic phases to order”, Nature, 1999, 400, p.405-406 ЗАГРАНИЦА 8 6, выпуск 15/16 Французские впечатления русского аспиранта После окончания МИФИ мне довелось побывать на стажировке в научном центре г.Гренобля (Франция). Проведенные там полгода я посчитал достаточными, чтобы поделиться с читателями ПерсТ’а своими беглыми впечатлениями о возможностях научного работника во Франции. Несколько слов о Гренобле. Этот небольшой город с населением 300 тысяч, один из крупнейших научных центров Франции (если не Европы) можно условно разделить на две части, университетскую и исследовательскую. На востоке расположена университетская область прекрасно оборудованный кампус с тремя университетами и инженерной школой, а также несколькими библиотеками, бассейном, стадионом. Работают магазины, кафе, студенческие рестораны (с талонами на питание), различные клубы, туристическое агентство, подведены трамвайная и несколько автобусных линий. Общежития предлагают разнообразное по степени комфорта (и, соответственно, по цене) жилье - от стандартных "комната на двоих, душ в коридоре" до индивидуальных studio со всеми удобствами. В общем, учись, студент! В западной части города находится т.н. Научный полигон. Раньше на этом месте был настоящий артиллерийский полигон (отсюда и название), а теперь здесь расположились несколько крупнейших научно-исследовательских институтов Франции: Комиссариат по атомной энергии (CEA), Национальный центр научных исследований (CNRS), институты ядерной физики и физики частиц, биологии, инженерных наук и др. Полигон имеет собственный реактор и ускоритель, и, безусловно, развитую инфраструктуру. Я работал в одном из подразделений CNRS - Центре исследований в области сверхнизких температур (CRTBT). В том, что температуры действительно низкие, я убедился, когда увидел установку, на которой был повторен мировой рекорд охлаждения макроскопического объема до 107мкК за счет размагничивания ядерных спинов меди. Оказывается, можно достичь и еще более низкой температуры, но проблема заключается в том, чтобы ее измерить - при таких сверхнизких температурах почти не остается квазичастиц, по регистрации которых и получают информацию о температуре. В СRTBT занимаются не только фундаментальной физикой низких температур, но и ее всевозможными приложениями, от медицины до космических исследований. Например, однажды я с удивлением обнаружил около входа в корпус людей, столпившихся вокруг большой тарелки с параболической антенной и подключенным компьютером. Как ока- ПерсТ, 1999, том залось, шла подготовка к запуску воздушного шара с научной аппаратурой на борту. кал бы его сам. На этом же этаже разместились копировальные машины. Научная работа поставлена на широкую ногу. Чистая комната оборудована всем необходимым для микро- и нанопроизводства, установки управляются компьютерами. Нужно сфотографировать образец - для этого есть микроскопы, передающие снимок через камеру на компьютер. Нужно изготовить какую-нибудь деталь или микросхему идешь в механическую или электронную мастерскую. Там техники все расскажут и покажут, как делать. Что-то нужно заказать - есть специальный каталог и специальный магазин. На каждом этаже расположены системы для заправки дьюаров жидким азотом, ограничений на заливку нет. Жидкий гелий - без проблем! Нужно только зайти на ожижитель, записаться и обменять пустой дьюар на полный. Гренобльский научный центр очень крупный и известный, налажены контакты с множеством университетов и исследовательских центров по всему миру, поэтому в Гренобль приезжает огромное число докладчиков, в том числе и специалистов с мировым именем. Даже издается специальный листок со списком докладов на неделю, две заполненные страницы формата А4. Практически каждый день можно найти что-то интересное. Для меня это было настоящим откровением. Отдельный разговор о компьютерах. Подавляющее большинство компьютеров составляют Macintosh, это особенность Франции. Во всем CRTBT я нашел только два-три PC, и на них постоянно была очередь из приглашенных исследователей-иностранцев. Все, что только можно, объединено в локальные сети - сеть этажа, корпуса, центра, дальше связь с сетями других институтов, университетами Гренобля и т.д. Естественно, компьютеры имеют прямой доступ в Интернет. По электронной почте распространяется внутренняя информация, сообщения о семинарах, научных школах и вакантных позициях, библиотека сообщает о доступе к новым научным журналам on-line. Кстати, о библиотеке. В CNRS она находится в самом высоком здании комплекса. Двери закрываются на фотоэлементах, поэтому работать в библиотеке можно круглые сутки (к слову, в академической российской библиотеке БЕН – от 10 до 17 четыре дня в неделю), имея при себе электронный пропуск-карточку. Литература подобрана в основном физическая, хотя есть и другие направления. Как мне сказали, если книга очень нужна, а найти ее не получается, то библиотека может ее специально купить. Поразило большое число англо-русских словарей, по которому можно судить об основной аудитории читателей. Книги разделены по категориям, какие-то можно выносить из зала, какие-то нельзя, но оформление и возврат происходят без участия библиотекаря. Периодика занимает отдельный этаж, выписывается масса научных журналов, в том числе и все российские, выходящие на английском языке. В поиске нужной статьи помогает каталог журналов, компьютерная база данных и, в крайнем случае, библиотекарь. Например, за один день мне нашли доклад с конференции 1988 г. - не знаю, сколько времени я ис- ПерсТ, 1999, том 6, выпуск 15/16 9 Одним словом, созданы все условия для плодотворной научной работы. И, надо признать, работа идет полным ходом. В науке во Франции основной процент исследователей составляют сами французы, в отличие, скажем, от той же Америки, где физику по большому счету делают иностранцы. Что же касается французов, то работают они себе в удовольствие. Не зря в каждом корпусе есть coffee room, где весь научный состав пересекается по три-четыре раза на день. Кофе там действительно вкусный, журналы свежие, а вид из окна на горы прекрасный. В обеденный перерыв многие идут играть в футбол, не забывая после этого перекусить в отличной столовой. В 6-7 вечера большая часть исследователей разъезжается по домам, а после восьми основным средством общения (по крайней мере, так было в CRTBT) становится русский язык. К этому можно прибавить всевозможные отпуска, поездки на научные школы и внутренние конференции куда-нибудь в Альпы. Что еще нужно для полного счастья и плодотворного научного поиска? Сейчас во Франции много разговоров о возможном реформировании научной системы и CNRS в частности. Одни говорят, что это нанесет непоправимый ущерб фундаментальным исследованиям, и приводят в доказательство солидное число научных статей, публикуемых исследователями из CNRS сегодня. Другие, напротив, считают, что выделяемые на науку средства расходуются неэффективно, и указывают на систему американских грантов как на пример для подражания. Правы, наверное, и те и другие. Как заметил один профессор из России, уже несколько лет работающий в Гренобле: "Наука во Франции - это то, что было у нас 15-20 лет назад". Видимо, такой тип науки имеет тенденцию к исчезновению. К сожалению. Андрей Бычков НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ Новый обзор по GaN В № 1 Journal of Applied Physics (v. 86, pp.1-78) от 1 июля 1999 вышел обширный обзор S.J.Pearton, J.C.Zolper, R.J.Shul, and F.Ren “GaN: Processing, defects and devices”, содержащий 646 ссылок на работы, выполненные в этом важном направлении. НОВОСТИ ФИЗИКИ В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ СВЕРХПРОВОДНИКИ Аномальные свойства мезоскопических S/N структур вблизи Tc Экспериментально обнаружен максимум кондактанса Al/n-GaAs контактов при температуре на 20мК ниже Tc. Это – первое наблюдение немонотонной температурной зависимости кондактанса S/N контактов вблизи Tc. Новый эффект удалось объяснить теоретически путем расчетов, выполненных в диффузном пределе с использованием квазиклассических функций Грина. S.Shapira et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9906366 Contact: Rob Seviour seviour@unix.lancs.ac.uk Спиновая энергия спаривания в ВТСП Одной из отличительных особенностей медно-оксидных ВТСП является необычный характер сверхпроводящего состояния. Эта "необычность" проявляется, в частности, в том, что энергия спаривания, то есть энергия, которая требуется для удаления одного электрона из сверхпроводника, изменяется как функция квазиимпульса от нуля до некоторой максимальной величины (тогда как в "обычных" сверхпроводниках энергия спаривания не зависит от квазиимпульса). Однако волновая функция сверхпроводящего состояния должна описывать не только "спаривание зарядов", но также и спины спаренных зарядов. Так как каждая пара зарядов в ВТСП представляет собой спиновый синглет, то такая пара характеризуется также энергией, необходимой для трансформации синглета в спиновый триплет без распада пары. Исследование неупругого рассеяния нейтронов на La2-xSrxCuO4 показало, что эта "спиновая энергия спаривания" не зависит от квазиимпульса, хотя импульсная зависимость спиновых флуктуаций при высоких энергиях существенно изменяется при переходе в сверхпроводящее состояние. B.Lake et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9906456 Contact: Thom Mason masont@ornl.gov Поверхность Ферми в борокарбиде LuNi2B2C Измерена поверхность Ферми борокарбида LuNi2B2C. Установлено, что ей присущи нестинговые особенности. Это может служить причиной ряда необычных свойств борокарбидов (в частности, сосуществования сверхпроводимости и антиферромагнетизма). Впервые обнаружен "лист" поверхности Ферми, ответственный за модуляцию магнитной структуры. 10 6, выпуск 15/16 S.B.Dugdale et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9907180 Contact: Stephen Dugdale S.B.Dugdale@bristol.ac.uk Линия необратимости в "overdoped" Bi2+xSr2-(x+y)Cu1+yO6+ при низких температурах и сильных полях При T > 60мК и H < 28Тл измерена необратимая намагниченность ВТСП Bi2+xSr2-(x+y)Cu1+yO6+ с избыточной концентрацией носителей. Не обнаружено ни скачков намагниченности, ни пик-эффектов, ни кроссовера между различными механизмами пиннинга. Температурная зависимость поля необратимости Hirr не описывается зависимостью Hirr(T)=Hirr(0)(1-T/Tc)n, которая следует из модели крипа магнитного потока, но отлично согласуется с аналитической формой линии плавления вихревой решетки, рассчитанной из критерия Линдемана. Экспериментальная кривая Hirr(T) очень похожа на определенную резистивным методом зависимость Hc2(T) в тонких пленках Bi-2201, что свидетельствует о сильном влиянии плавления вихревой решетки на данные магниторезистивных измерений. A.Morello et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9907347 Contact: R.S.Gonnelli gonnelli@polito.it КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ Квантовый компьютер и Мозг Недавно было высказано предположение о том, что человеческий мозг функционирует также, как квантовый компьютер, используя всю мощь "квантового параллелизма". Однако расчеты, выполненные автором препринта, показали, что характерные времена декогерентности нейронов составляют всего 10-20 10-13 с, то есть на много порядков меньше типичного времени, за которое мозг производит "вычисление" (10-3 10-1 с). Следовательно, степени свободы мозга, ответственные за познавательные процессы, представляют собой классическую, а не квантовую систему. Поэтому можно доверять моделированию нейронных сетей классическими методами. Max Tegmark, http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/9907009 Contact: Max Tegmark max@ias.edu Андреевская спектроскопия сверхпроводниковых кубитов Авторы препринта предлагают новый способ контроля динамики фазы параметра порядка маленького сверхпроводящего "островка". Идея состоит в измерении андреевской субщелевой проводимости между островком и "грязным" металлическим проводом, соединенным с островком посредством туннельного барьера с большим сопротивлением. Фаза может принимать два значения, соответствующие почти вырожденным состояниям, то ПерсТ, 1999, том есть такой островок играет роль квантового бита информации (кубита). Предсказано, что зависимость дифференциальной проводимости от напряжения имеет совершенно различный вид при различных режимах динамики фазы (когерентное туннелирование, некогерентное туннелирование, отсутствие туннелирования). Таким образом, измерение нелинейной андреевской проводимости позволяет определить тип квантового состояния этой искусственной двухуровневой системы. M.V.Feigel'man et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/9907317 Contact: Mikhail V. Feigelman feigel@landau.ac.ru Экспресс-бюллетень “ПерсТ” выходит при поддержке Министерства науки и технологий РФ, Научных Советов Российских научно-технических программ: “Актуальные направления в физике конденсированных сред”, “Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники”, “Физика твердотельных наноструктур” Ответственный редактор: С. Корецкая тел: (095) 930 33 89, e-mail: stk@htsc.msk.su perst@isssph.kiae.ru В подготовке выпуска принимали участие: М.Белоголовский, А.Бычков, В.Вьюрков, А.Елецкий, М.Компан, Ю.Метлин, Л.Опенов Компьютерный ввод, макет: О.Хлыстунова Тираж: Ю.Мухин Адрес редакции: 117296 Москва, Ленинский проспект, 64А ПерсТ, 1999, том 6, выпуск 15/16 11
