Превращение металла в диэлектрик

03.05.2017

Исследователи из Высшей школы экономики и Наноцентра Ювяскуля (Финляндия) впервые экспериментально продемонстрировали квантовый размерный эффект в металлическом нанопроводе. Обнаруженный эффект универсален и должен приниматься во внимание при проектировании наноэлектронных систем сверхмалых размеров.

В исследовании показано, как электрическое сопротивление металлического нанопровода из висмута в процессе уменьшения его диаметра немонотонно меняется и затем резко возрастает, переводя объект в диэлектрическое (изолирующее) состояние. По мнению ученых, квантово-размерные эффекты связаны с фундаментальным явлением - квантованием энергетического спектра электронов. И наблюдать его можно только в объектах исключительно малых размеров.

"Носителем заряда является, как правило, электрон и четкое его положение определить невозможно, однако мы знаем вероятность его нахождения в определенной области. Эта вероятность описывается квантовомеханической волновой функцией, а у каждой волны есть свой характерный масштаб - длина волны, - поясняет один из соавторов исследования. - Так вот, если мы изготовим проводник, размеры которого будут сравнимы с длиной этой волны, произойдет качественное изменение свойств системы. В таком случае говорят о квантовании энергетических уровней, то есть расщеплении непрерывного спектра на четко определенные уровни. Кроме этого, есть так называемый, уровень Ферми, который отделяет заполненные энергетические состояния от незаполненных. Так вот, при уменьшении размеров проводника энергетические уровни начинают сдвигаться относительно этого порогового значения, и в момент, когда последний заполненный уровень пересекает уровень Ферми, образец переходит из металлического в диэлектрическое состояние. Это и есть суть квантового размерного эффекта в нашем случае".

В качестве "испытуемых" были выбраны нанопровода, так как провод является основой любой электрической цепи, также для примера исследовалась тонкая пленка. Есть несколько методов изучения квантовых размерных эффектов (КРЭ). В первом - последовательно уменьшается размер одного и того же образца; во втором - используют несколько образцов разного размера.

Исследователи выбрали первый, так как, по их мнению, он соответствовал более "чистому" эксперименту. Основной проблемой при этом стала задача уменьшить структуру так, чтобы не повредить ее. Уменьшались размеры наноструктур травлением направленным пучком ионов инертного газа (аргона), тем самым "стачивая" поверхность. Был найден оптимальный режим обработки, при котором шероховатость поверхности составляла примерно 1 нанометр (около двух атомных слоев). При этом самый маленький диаметр провода составлял около 40 нм, а стартовый диаметр - порядка 300 нм. Сами образцы изготавливались при использовании достаточно стандартного процесса электроннолучевой литографии и направленного вакуумного напыления. После изготовления образцов и тщательной их проверки, лучшие отбирались для измерений. Затем многократно повторялся цикл ионного травления и измерений до того момента, когда структура утончалась до такого предела, что просто выходила из строя (т.е. рвалась).

"Главным результатом работы стало то, что этот заветный переход металл-диэлектрик существует не только в расчетах теоретиков, но и может экспериментально наблюдаться. В более ранних работах такой результат был достигнут на тонких пленках, также были попытки сделать это и в нанопроводах, но не слишком успешные. Так что можно сказать, что наша работа - одна из первых, в которой экспериментально продемонстрирован квантовый размерный эффект в металлическом проводнике. Квантовый размерный эффект - универсальное явление, которое должно присутствовать абсолютно в любых системах достаточно малых размеров. Таким образом, наши исследования позволяют определить фундаментальные ограничения на миниатюризацию элементов (нано)электронных цепей", - отмечают ученые.

<< Назад: Общее внимание синхронизирует мозги 04.05.2017

>> Вперед: Искусственный ледник против глобального потепления 03.05.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Кухонные губки выделяют значительное количество микропластика 05.04.2026

Кухонные губки - один из самых используемых предметов в быту - могут быть недооцененным источником микропластика. Ученые из Боннского университета изучили, сколько таких частиц выделяется во время мытья посуды и как это влияет на окружающую среду. Выяснилось, что губки действительно ежегодно выделяют измеримое количество микропластика, однако основной вред экологии связан не с этим, а с расходом воды. В работе оценивали реальное выделение микропластика и его влияние с помощью анализа жизненного цикла (LCA). Исследование объединило лабораторные эксперименты и подход "гражданской науки": добровольцы из Германии и Северной Америки использовали разные типы губок в быту и фиксировали процесс. Губки взвешивали до и после использования, а также тестировали в лаборатории с помощью устройства SpongeBot, имитирующего мытье посуды. Результаты показали, что все губки изнашиваются и выделяют микропластик - примерно от 0,68 до 4,21 г на человека в год, в зависимости от состава. При этом губки ...>>

Гуманоид-спринтер Unitree H1 04.04.2026

Развитие гуманоидной робототехники сегодня стремительно приближается к уровню, при котором машины начинают уверенно имитировать не только движения человека, но и его физические возможности. Особенно активно в этом направлении работают компании из Китая, и очередное достижение Unitree Robotics стало заметной вехой в индустрии. Компания официально сообщила, что их антропоморфный робот Unitree H1 установил мировой рекорд скорости среди полноразмерных гуманоидов. В ходе испытаний машина продемонстрировала характеристики, которые ранее считались недостижимыми для подобного класса устройств, особенно с учетом их массы и конструкции. Во время тестового забега Unitree H1 разогнался до 3,3 метра в секунду, что соответствует примерно 12 километрам в час. Для сравнения, средняя скорость ходьбы человека составляет около 5 километров в час. Хотя до уровня профессионального бега роботам еще далеко, для гуманоидной системы массой около 47 килограммов такой результат считается значительным инжен ...>>

Случайная новость из Архива Бактерии найдут взрывчатку 14.11.2019 Скрытые под землей мины - серьезная опасность как для военных, так и для мирных жителей. Каждый год от них погибают десятки тысяч людей. Если же взрывчатка не срабатывает, разлагаясь она наносит огромный вред экологии. Решить проблему поиска мин в почве решило американское агентство оборонных исследований DARPA. Именно оно запустило программу по созданию ГМ-бактерий. Корпорация Raytheon принялась реализовать данную задачу. Помимо этого, в проекте задействованы и микробиологи Вустерского политехнического института. Ученые планируют создать такие бактерии, которые будут реагировать на взрывчатку флуоресценцией. Raytheon заявляет о разработке двух штаммов. Один будет предназначаться для больших глубин с низким содержанием кислорода. Цель другого дополнять его и реагировать на сигнал. Последний и будет сигнализировать людям об обнаружении взрывчатки. Элисон Таггарт, один из руководителей программы, заявил, что сейчас ученые занимаются вопросом "перепрограммирования" микроорганизмов в детекторы взрывчатки.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026