автор лого - Климентий Левков Дом ученых и специалистов Реховота
(основан в июле 1991 года)
 
 
В Доме ученых и специалистов:
----------------
 
 
Архив
 
Дом ученых и специалистов Реховота

Путешествие к горизонтам знаний

Реховот

 

ЧТО ТАКОЕ НАНОФИЗИКА

 

Автор К. Кикоин (Тель-Авивский университет)

2009 г.

 

Чтобы определить место нанофизики среди других направлений современной физической науки (макро-, микро-, атомная, молекулярная физика, и т.д.) нужно сравнить нанометр (10-9 метра) с характерным размером атома. И тогда окажется, что нанофизика имеет дело с объектами, состоящими из десятков атомов, а ее метода позволяют описать, «увидеть» или измерить свойства отдельных частиц частиц (молекул, атомов или даже электронов) в этих объектах.

В природе нанообъектов не существует, но ее законы не запрещают их создание методами современной химии и нанотехнологии. В частности, за последние 20 лет взрывообразно развилась химия карбонов - синтезированы удивительные молекулы - фуллерены, образующие правильные многогранники, состоящие из десятков, сотен и даже тысяч атомов углерода, нанотрубки - цилиндры диаметром несколько нм и длиной до нескольких см, и разнообразные агрегаты этих элементов (фуллереновые шарики в трубке), трубка в трубке, «канаты» из трубок, и т.д. Эти объекты могут быть включены в электрическую цепь, и тогда они становятся молекулярными транзисторами, выпрямителями, «челноками», переносящими электроны поодиночке от одного электрода к другому. Последнее достижение карбоновой нанотехнологии - графеновые плоскости - пленки толщиной в один атом (!), образованные шестиугольными карбоновыми сотами. Ученые надеются, что графеновая нанотехнология в недалеком будущем заменит нынешнюю кремниевую, превзойдя ее и по компактности устройств и по быстродействию, и по плотности записи информации.

Параллельно молекулярной нанофизике быстро развивается физика искусственных атомов и молекул - квантовых точек. Квантовая точка это ловушка для электронов, имеющая столь малый радиус, что размер волновой функции любого электрона сравним с этим радиусом. Поэтому все состояния в ней квантованы, как в атоме или молекуле. Обычно квантовые точки создаются путем наложения электродов на гетероструктуру - «сэндвич» из двух полупроводников GaAs/(Ga,Al)As. На границе (интерфейсе) между полупроводниками образуется двумерный электронный газ. Некоторая часть этих электронов улавливается в замкнутую электростатическую ловушку, созданную электродами. Эта ловушка и есть квантовая точка. Двумерные электроны под действием приложенного напряжения могут туннелировать через квантовую точку по одному. В результате вместо линейной зависимости тока от напряжения, предписываемой всем известнымй законом Ома, вольт-амперная характеристика имеет ступенчатую форму.

Каждая ступенька отвечает туннелированию следующего электрона под действием напряжения. Таким образом электроны в квантовой точке можно пересчитывать по одиночке! В дискообразных квантовых точках электроды опоясывают ловушку, и захваченные в нее электроны распределяются по орбитам, как в естественных атомах. Эти «цилиндрические» атомы образуют свою собственную периодическую систему в соответствии с законом Менделеева-Бора.

Еще одно удивительное изобретение нанофизики - оптические решетки, в которых периодическая «кристаллическая» структура создается скрещенными лазерными пучками. В узлах оптической решетки располагаются нейтральные атомы щелочных или переходных металлов. По своим физические свойствам эти кристаллы из света напоминают обычные кристаллы, но их параметры легко регулируются в экспериментальной установке.

Итак нанофизика - это физика объектов, созданных искусством экспериментаторов.

В этих объектах выполняются все законы квантовой механики, но в комбинациях, матерью-природой не предусмотренных. Возможно, некоторые из экзотических свойств нанообъектов окажутся полезны для наноэлектроники будущего, но уже сегодня работы в области нанофизики дали мощный импульс фундаментальной науке и технологи

Copyright © 2009 К. Кикоин    


 

Страница 1 из 1
  ГлавнаяДневник мероприятийПлан на текущий месяц     copyright © rehes.org
Перепечатка информации возможна только при наличии согласия администратора и активной ссылки на источник! Редакция не несет ответственности за отзывы, оставленные посетителями под материалами, публикуемыми на сайте.
Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.