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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Случайная новость из Архива В Сингапуре выпустят iPhone 4S без камеры 19.01.2012 Сингапур славится своими суровыми, но справедливыми законами. В частности, военнослужащим в этой стране запрещается находиться на армейских базах с устройствами, способными осуществлять фото- и видеосъемку. Под это определение подходит Apple iPhone и другие современные смартфоны. Поэтому местные военнослужащие вынуждены обзаводиться двумя телефонами: первым для работы на базе и вторым для использования за ее пределами. Сингапурские мобильные операторы поняли, что это создает людям определенный дискомфорт, и потому самый мелкий из этих операторов M1 объявил, что в ближайшее время в продажу поступят iPhone 4S без камер. Беспроводной провайдер не стал даже пытаться вступить в переговоры с Apple, чтобы предложить американской компании выпускать "бескамерные" версии фирменных смартфонов. Вместо этого оператор подрядил свой инженерный отдел вручную снимать со смартфонов оптику и сенсоры. В результате 64-гигабайтная версия iPhone 4S получила ценник в 900 долларов, и это при заключении двухлетнего контракта. Оператор объясняет данную политику тем, что изъятие камеры - это дополнительная работа. В дополнение покупателям выдается сертификат, подтверждающий, что телефон не поддерживает съемку фото и видео, значит, может использоваться на сингапурских военных объектах. А вот о том, что модифицированное таким образом устройство лишается фирменной гарантии Apple, не говорится ничего. Поэтому при возникновении неисправностей покупателям придется рассчитывать только на инженеров M1.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025