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:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Защита от ожирения: генетические мутации как фактор влияния 22.07.2023 Ученые из университета Кембриджа провели исследование, чтобы разобраться в причинах, почему некоторые люди остаются стройными на протяжении всей жизни. Они изучили ДНК почти 2 тысяч стройных и здоровых людей, не страдающих расстройствами пищевого поведения, и пришли к выводу, что генетические мутации являются основой этого феномена. Сравнив полученные данные с геномами почти 14 тысяч людей разного веса, доступных в Институте Сергера, ученые обнаружили новые генетические мутации, связанные с ожирением или сохранением стройной физической формы. "Наше исследование впервые показывает, что здоровые стройные люди остаются такими, прежде всего, потому что у них меньше генов, которые способствуют набору лишнего веса. Это означает, что влияние генетического кода на наш вес намного больше, чем мы думали. Наука показывает, что проблема ожирения гораздо сложнее и нельзя обвинять людей бездумно", - объясняет доктор Садаф Фаруки. В настоящее время ученым еще не удалось полностью разобраться в том, как эти обнаруженные мутации влияют на аппетит и способность контролировать вес. Генетики планируют провести дальнейшие исследования, чтобы понять, как помочь тем, кто не обладает таким генетическим кодом.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026