👨‍🔬 Учёные ЮФУ нашли способ усовершенствовать наноструктуры для квантовых устройств

👨‍🔬 Учёные ЮФУ нашли способ усовершенствовать наноструктуры для квантовых устройств

Квантовая физика – одно из самых перспективных научных направлений. Отдельное место в ней занимает изучение квантовых точек — очень маленьких полупроводниковых частиц, которые ведут себя как атомы (имеют дискретный, то есть «прерывистый» спектр излучения). Цвет свечения (и поглощения) квантовых точек зависит от самых разных факторов. Среди них не только тот материал, из которого они сделаны, но и размер и форма частиц. Особенности этих структур уже сейчас активно используют, создавая дисплеи с улучшенной цветопередачей. Также их применяют в гибридных солнечных батареях, где квантовые точки помогают преобразовывать энергию солнца в электрический ток.

Российские физики разработали новый способ управления размером квантовых точек — полупроводников настолько маленьких, что в них проявляются квантовые эффекты.

Ученые выяснили, что создать их можно, если наносить небольшие капли веществ на подложку, а затем уменьшать их с помощью потоков мышьяка. Так исследователи могут контролировать размер и плотность получаемых наноструктур. А это применяется в разработке микролазеров и нанотранзисторов.

Эпитаксия - наращивание одного кристаллического материала на другом - стала основным методом получения квантовых точек. Однако обычно довольно трудно управлять размерами и формой этих точек. Это становится проблемой, когда нужно расположить квантовые точки далеко друг от друга.

Другой метод, капельная эпитаксия, дает немного большую свободу. Этот подход предполагает, что сначала на подложку наносят капельки металла (например индия или галлия), а затем выдерживают их в потоке мышьяка. Мышьяк реагирует с металлом и образует новое химическое соединение. В результате капельки превращаются в крошечные частицы полупроводника.

С помощью этой технологии можно сделать либо очень маленькие точки с высокой плотностью, либо большие — с низкой, а вот получить одновременно маленькие и редкие — очень сложно.

✅ Коллектив молодых ученых из ЮФУ нашел способ обойти это ограничение. Технологи предложили сначала осаждать большие и редкие капли металла, а затем уменьшать размер, воздействуя очень маленьким (в 100 раз меньше, чем обычно) потоком мышьяка. В этом случае количества молекул мышьяка не хватает, чтобы сразу превратить весь металл в полупроводник, но достаточно, чтобы атомы металла разбегались из капли «в поисках» мышьяка на поверхности подложки. Это помогает уменьшить капель до требуемых значений. При этом плотность капель не изменяется — они остаются такими же редкими, как и изначально.

👨‍🎓 «Предлагаемый нами подход универсален. Мы надеемся, что аналогичным образом можно будет управлять размерами наноструктур не только на основе соединений мышьяка, но также сурьмы и фосфора. Если оптические свойства полученных структур будут отвечать определенным критериям, то можно будет говорить о прогрессе не только в технологии получения полупроводниковых наноструктур, но и технологии создания устройств квантовой электроники и нанофотоники», — комментирует ИНЭП ЮФУ

#НаукаЮФУ #квантоваяфизика #Минобрнауки #ЮНЦРАН #ЮФУ #SFEDU