Техника - молодёжи 2011-02, страница 4

Top science

2011 №02 ТМ

Нано - это не размер, а свойства

Нобелевская премия по физике присуждена нашим соотечественникам, сумевшим реализовать свой потенциал лишь за рубежом. Это многих расстроило, но мало кого удивило. Все, от ректора университета до прохожего на улице, сходятся в том, что российская наука до сих пор находится в тяжёлом состоянии Но раздающиеся иногда на этом фоне утверждения, что мы вообще ничего уже не в состоянии сделать, - это явный «перегиб».

Ещё в №2 за 1988 г. наш журнал опубликовал статью об одноэлектронике-это была одна из первых публикаций в отечественных СМИ. С тех п^лр российские учёные лидируют в этой области физики наноструктур. Возвращаясь к теме, представляем вашему вниманию интервью со старшим научным сотрудником Лаборатории криоэлектроники МГУ им. М. В. Ломоносова Владимиром Александровичем Крупениным, возглавляющим груш у исследователей, которая работает в одноэлектронике свыше полутора десятков лет.

- Владимир Александрович, как бы вы охарактеризовали место вашей тематики в общей системе нанотехнологи-ческих исследований и разработок?

- Модное название «нанотехноло-гии» очень обширно и почти столь же неудачно. К ним относят и технологии производства наноматериалов, в том числе и таких, как «нанобетон» и «на-ноасфальт», и технологии изготовления сложных наноразмерных объектов квантовой электроники. То, чем мы занимаемся, относится к мезоскопичес-кой физике¹, или физике наноструктур. С начала 1990-х гг. наша группа занимается разработкой, изготовлением и исследованием оригинальных объектов, которые не просто выглядят как «нано» в электронном микроскопе, а ещё и обладают интересными или уникальными характеристиками как электронные устройства. И их свойства для нас важнее, чем их размер.

Впрочем, если интересны размеры: 1993 г. в некоторых структурах мы уже достигали характерных размеров 6080 нм, сейчас же можем продемонстрировать размеры элемента структуры в 10-20 нм.

Одноэлектроника как область мезо-скопической физик]! родилась в стенах физфака МГУ в середине 1980-х. Можно сказать, что наноэлектроника начиналась с одноэлектроники, поскольку

первые экспериментальные исследования (1987) потребовали изготовления структур с размерами элементов 100 нм и менее. (Для справки: «Intel» перешагнула барьер 1000 нм в 1989 г.). Этой структурой был одноэлектронный транзистор, который, как и другие од-ноэлектронные структуры, относится к принципиально новым устройствам квантовой электроники. Их принцип работы основан на явлении макроскопического квантового туннелирования электронов или Куперовских пар² -в случае сверхпроводников. Если сказать просто, в одноэлектронике элементарные носители заряда работают поштучно, а не коллективно.

Интенсивное исследованиеодноэлек-тронных структур в 1990-х гг. существенно обогатило экспериментальную базу исследовательских лабораторий. Возникла необходимость использования методов и технологического оборудования микроэлектроники, строительства «чистых комнат» и создания технологического цикла изготовления наноструктур - сейчас практически любой западный университет обладает такой научно-производственной инфраструктурой. Появившиеся возможности создания наноразмерных объектов привели к интенсивному развитию методов их изготовления и выходу исследований и применений

далеко за пределы одноэлектроники.

На сегодняшний день размеры одно-электронных структур, изготавливаемых традиционными методами микроэлектроники (электронная литография, напыление, травление и т.п.) уменьшились с сотни до десятков и даже единиц нанометров. Их рабочая температура с десятков милликельвин дошла до температуры жидкого азота (77К) и, в единичных экспериментах, до комнатной. С их помощью проведено множество уникальных экспериментальных исследований.

- Можно ли говорить о «соперничестве» одноэлектроники и традиционной полупроводниковой электропики?

- Правильнее говорить не о соперничестве, а о взаимном влиянии и обогащении. В 90-х гг. прошедшего века учёные, занятые исследованием наноструктур, предрекали полупроводниковой электронике если не смерть, то большие проблемы после достижения рубежа 100 нм. Но, как видно теперь, они ошиблись. Рубеж передвинут к 10 нм. Интенсивные научные исследования наноструктур сильно подтолкнули микроэлектронную промышленность, а сегодня её успехи стимулируют исследовательскую деятельность, обеспечивая усовершенствованным и вновь созданным оборудованием, необходимым для разработки новых методов из-

'Мезоскопическая физика - раздел физики, в котором рассматриваются свойства систем на масштабах, промежуточных между макроскопическим и микроскопическим (от единиц нанометров до единиц микрометров). С физической точки зрения эти системы характеризуются тем, что

их поведении существенную роль играют квантовые эффекты. ^гКунеровская пара - особое связанное состояние двух электронов при низких температурах в сверхпроводниках.

2