01.03.17 00:01
Международная группа ученых в составе российских и американских специалистов представила первый в мире одномерный полупроводниковый материал на основе соединения Ta2Pd3Se8 (тантал-палладий-селен) и Ta2Pt3Se8 (тантал-платина-селен). Он был получен с помощью метода микромеханического расщепления из кристалла Ta-Pd(Pt)-Se, впервые синтезированного более 30 лет назад.
Теоретическую часть исследования провели специалисты из НИТУ "МИСиС" под руководством доктора физико-математических наук Павла Сорокина. Экспериментальная часть работы проделана американскими коллегами в Тулейнском университете (штат Луизиана, США) под руководством профессора Джана Вея (Jiang Wei).
О том, какое влияние окажет использование "умного материала" на жизнь людей, в интервью корреспонденту РИА "Новости" рассказал руководитель инфраструктуры "Теоретическое материаловедение наноструктур" лаборатории "Неорганические наноматериалы" НИТУ "МИСиС", доктор физико-математических наук Павел Сорокин.
– Павел Борисович, осуществленное под Вашим руководством исследование (в его теоретической части) связывают с очередным технологическим рывком. В чем его суть? Чем полупроводники будущего будут отличаться от тех, что действуют сегодня?
– Действительно, нам, двум научным командам, работающим по разные стороны океана, удалось совместно сделать шаг навстречу более компактной, быстрой электронике. Использование нового материала потенциально позволит уменьшить электронные схемы до наноразмеров, и при этом увеличить скорость работы приборов, которые из них состоят.Снизится потребляемая мощность установок, изменится их конструкция, дизайн. Но прежде всего шире станет спектр их функций.Дело в том, что скорость действия и другие параметры устройства находятся в прямой зависимости от качества материала, по которому идет ток. Компактность нанопроводов, которые нам удалось "отщепить" от нового соединения, позволяет надеяться, что их можно будет использовать в новых электронных наноустройствах, чьё создание связывают с будущим всей технологии.
В случае перехода на наноуровень вся инфраструктура, ежедневно окружающая человека на улице, в супермаркете, поликлинике, может довольно сильно "поумнеть" и "похудеть". Увеличится скорость и эффективность работы световых реле, фотодиодов, датчиков в автоматах, других цифровых устройств.
– Какие направления электроники претерпят качественные изменения в связи с появлением нового наноразмерного "стройматериала"?
– Основная область его применения – опто- и микроэлектроника. Уменьшение размеров материалов часто позволяет добиться экстраординарных электронных, оптических, механических, химических и биологических свойств за счет размерных и поверхностных эффектов.
Практическая значимость работы велика, ведь одномерная наноструктура, полученная в нашей работе, имеет малый диаметр, и при этом объект такого размера получен контролируемым путем. Использованный подход принципиально отличается от применяемого ранее разрезания графена или дихалькогенидов переходных металлов на отдельные ленты. В этом значительное преимущество открытых нами материалов.
Кристалл состоит из связанных наноструктур, нанолент, при этом все наноленты имеют строго определенную ширину. Нет никакого разброса в параметрах. И, таким образом, при отработке технологии расщепления кристалла мы всегда будем получать ленты одной и той же ширины. Полная воспроизводимость результата становится достижимой.
– Невозможно пройти мимо вопроса – что толкает ученого к совершению открытия? Осеняет ли оно его свыше или приходит в результате долгих размышлений и исследований путем проб и ошибок?
– Все началось в 2010 году в США, я был постдоком, вел научное исследование в постдокторантуре Университета Райса (штат Техас) в группе выдающегося специалиста, профессора Бориса Якобсона, давно переехавшего из России в США. Он всегда учил нас смотреть на вещи под другим углом, находить новое в том, что кажется хорошо изученным.Считаю, что под его руководством я прошёл отличную школу, которая дополнила знания, полученные мною в России от блестящего учёного Леонида Чернозатонского. В Университете Райса познакомился с молодым, но уже безумно талантливым и активным постдоком Джаном Вэем. Три года спустя в Москве получил от него письмо с идеей о сотрудничестве. Началось оно с совместной статьи в журнале Nature Physics.
Вскоре от имени группы ученых своего университета Джан предложил нам исследовать свойства одного "подозрительного" кристалла. Мы провели математическое моделирование его структуры и выяснили, что он может оказаться чрезвычайно перспективным для получения квазиодномерных полупроводников.
Это сложное соединение "тантал-паладий (платина)-селен" (Ta-Pd(Pt)-Se). Оно известно с 1980-х годов, но подробно не исследовалось. Кристалл состоит из слабо связанных лент, имеющих сходную структуру с лентами дихалькогенидов переходных металлов.
Двухмерное соединение дихалькогенида переходных металлов давно и заслуженно вызывает особый интерес ученых. Причина в том, что дихалькогениды переходных металлов (например, дисульфид молибдена или дисульфид вольфрама) демонстрируют полупроводниковые свойства, что позволяет их рассматривать как материалы, способные стать основой полупроводниковой электроники в посткремниевой эре.
Структурно это соединение представляет собой "бутерброд" из трех атомных слоев: халькоген (например, селен или сера), затем слой атомов переходных металлов (например, вольфрама или молибдена) и вновь халькоген.
Итак, у нас есть дихалькогенид переходных металлов, двухмерный слой, который демонстрирует полупроводниковые свойства. Но нам этого мало, мы стремимся сделать его одномерным. Цель – уменьшить не только толщину, но и ширину, создав на его основе минимальный полупроводниковый элемент.
Вот тут начались проблемы. Качественно разрезать слой на тонкие нанопровода, то есть сделать одномерную структуру из трехатомного вещества, не получилось. "Бутерброд" "крошился", параметры нарезаемых "ленточек" нас не устраивали.
– Примерно с 2004 года интерес научного сообщества сконцентрирован на графене как основном кандидате на полупроводник XXI века. Как Вам пришла идея обратить внимание на другие материалы?
– Мы просто поняли, что по своей формуле "упрямое" вещество очень похоже на ту самую структуру дихалькогенидов переходных металлов. Это и есть та нанолента, которую мы ищем. Теперь нужно исходный кристалл разбить на составляющие.Собственно, мой коллега Джан Вэй это и сделал. Если говорить совсем просто, приклеил клейкую ленту на кристалл, оторвал и в результате получил наноструктуру. Этот метод был в своё время использован для получения графена. Несмотря на свою простоту, он крайне эффективен и позволяет получать наноструктуры высокого качества.
Таким образом Джан изготовил первые провода, которые имели толщину порядка нанометра. И фактически дошел до уровня той самой одной ленты. После чего наши заокеанские коллеги сделали из полученного материала первый транзистор. В то время как в Москве изучили электронные и структурные свойства отдельных лент и нанопроводов (нескольких лент, соединённых между собой).
Наша работа еще далеко не закончена. Пока в эксперименте получено несколько нанолент, соединенных между собой. Как бы то ни было, надеемся, что этим исследованием мы проложим путь к открытию новых наноструктур, ведь "тантал-паладий-селен" лишь один из большого семейства таких перспективных материалов.
ti-robot
01.03.17 08:11
rabdrafi
01.03.17 12:37
Самая грусть в том, что софт съест прирост производительности. Есть кто помнит сервера с 2 ГБ оперативки и ибм винты по 20 ГБ в зеркалке и это было круто. Всего то ничего времени назад. У меня сейчас телефон мощнее. И что? ОС жрут всё больше и больше.....iz09
01.03.17 14:06
Непонятно, как методом случайного сдирания пленки можно получить стандартизированную структуру.Главный Злодей
01.03.17 16:04
Самая грусть в том, что софт съест прирост производительности.ti-robot
01.03.17 23:04
rabdrafi
01.03.17 23:47
То ГЗmagyar
02.03.17 01:01
Одномерная цепочка - это лента из последовательности молекул или атомов. Это тот случай, когда возникают разные эффекты квантовой неопределённости (туннельный эффект и т.п.). Потому что если вдоль ленты расположены такие же молекулы, по которым изучались свойства вещества, то по сторонам находятся молекулы подложки и других веществ. Очень трудно ожидать от такой структуры предсказумого поведения, если совсем невозможно.Главный Злодей
02.03.17 05:12
Как инженер, который постоянно занимается настройкой регуляторов двигателей средней мощности (до 1 МВт), который однажды решал задачу расчета математической модели переходного процесса при резком изменении нагрузки двигателя, могу сказать, что если для настройки агрегата мне нужно от 30 минут от 2 дней, то сделать модель, которая выдавала тот же график, что и реальный агрегат, я смог за 2 месяца.andi123
02.03.17 09:36
> То есть, это я к какой морали веду. Роль "теорий", которые нам приводят как достижения "фундаментальной науки", без которых мы бы сидели-де в пещерах, преувеличена нагло и беспринципно.mcf
02.03.17 10:35
Опять наши теоретики работают на запад. А потом там появится производство. Надеюсь хотя бы за авторские права деньги получат.andi123
02.03.17 14:02
Про диод Шотки я наврал. Речь шла о туннельном диоде. Их конечно намного меньше в окружающем мире чем Шотки. Основная отрасль применения это СВЧ.Главный Злодей
02.03.17 16:00
Если даже скажете что нет, то вряд ли будете отрицать их наличие вокруг. Так вот разность хода часов на спутнике и на земле рассчитывается и полностью подтверждается из СТО и ОТО Эйнштейна.Амиго
02.03.17 16:25
2 Главный Злодей - Теория на основе экспериментов создает модель, которая до определенного момента удоволетворяет и позволяет обойтись без экспериментов. Как только эксперимент доказывает непригодность модели ученые модель меняют. Вы правы, что мерилом всему является опыт. Но без теории все было бы дольше и печальнее. Накопили статистику по ядерным испытаниям и теперь можно не в бункере сидеть а за компьютером.alexmax
02.03.17 17:10
andi123
02.03.17 17:20
> Перевод, на случай если не разумеете по-вражески: часы на спутнике непрерывно синхронизируются внешним сигналом, подгоняясь под UTC с точностью до микросекунды. Вследствие чего совершенно неважно, есть ли там на самом деле мифическая "разность хода", нет ли её, или есть-но-неправильная.andi123
02.03.17 17:26
2alexmax: ваше кунг-фу сильней моего :)alexmax
02.03.17 17:29
andi123
03.03.17 10:09
> Что бы вы понимали - данный пациент однажды бился в истерикеti-robot
03.03.17 10:56
andi123
03.03.17 11:55
> И главная претензия к РАН - увлечение этим "теоретическим приоритетом" без экспериментальной проверки.ti-robot
03.03.17 12:30
_STRANNIK
03.03.17 12:57
ti-robot, RUmagyar
03.03.17 13:00
ti-robot
03.03.17 17:16
киборд
03.03.17 21:12
kouroush
04.03.17 08:12
Ril
04.03.17 08:35
Существующие ныне теории естествознания достаточно точно описывают действительность. Единственная проблема - реальность как правило обычно несколько сложнее, чем мы можем сегодня учитывать.Ril
04.03.17 08:46
Амиго
04.03.17 09:29
Даже официальная, признанная наука бывает разной с точки зрения ее применимости или неприменимости. Как пример теорема Гёделя Ссылкаmagyar
04.03.17 12:05
киборд
04.03.17 13:10
Сила притяжения здесь ни к чему. Давайте, я приведу ускорения, испытываемые Луной, а вы потом по второму закону Ньютона умножите на массу Луны и получите силу.kouroush
04.03.17 16:20
киборд
04.03.17 18:28
Если отец и сын летят вокруг Земли на небольшой высотеkouroush
05.03.17 13:02
кибордmagyar
05.03.17 14:38
_STRANNIK
05.03.17 17:16
kouroushкиборд
06.03.17 01:22
2) Поскольку я на Ваш вопрос ответил, то теперь моя очередь задавать загадку. Вот Солнце притягивает Землю в 81.3 раза сильней, чем Луну. Не следует ли отсюда, что шансов у Солнца удержать Луну в 81.3 раза меньше, чем Землю, и именно поэтому Луна удерживается именно Землей, а не Солнцем ?_STRANNIK
06.03.17 09:41
киборд, RUАмиго
06.03.17 11:06
2 _STRANNIK - Я позволю себе несколько уточнить задачу, как я понял ее из слов киборда. Действительно, тело движется по орбите потому что сила тяготения компенсируется центробежной силой, полученной изначально телом в виде некого импульса движения, которое устремляет тело двигаться прямолинейно. Ну там простое уравнение... Луна двигается по орбите Солнца также хорошо как и Земля по орбите Солнца. Но вот интересный момент. Вот Луна находится на минимальном расстоянии от Солнца и если сделать расчет силы притяжения между Луной и Землей и Луной и Солнцем, то последняя сила будет больше. Но тем не менее Луна идет по орбите вокруг Земли... Значит ли что тот первичный импульс (не гравитационный), который Луна получила является решающим в борьбе двух гравитационных сил? (Земля-Луна vs Солнце-Луна). Т.е. одним законом всемирного тяготения это не решить.киборд
06.03.17 13:46
Спасибо, Амиго, вы всё правильно поняли. Законом всемирного тяготения (плюс вся ньютоновская динамика-кинематика) этот парадокс не решается, как ни тужься.Процитирую ученых (тм):_STRANNIK
06.03.17 16:46
Амиго, UAАмиго
06.03.17 16:56
2 _STRANNIK - то что это фиктивная сила понятно. Возникает она из-за двух компонент - силы инерции, которое тело получило двигаясь прямолинейно изначально и силы тяготения. Т.е. сила притяжения тянет тело к центру массивного тела а сила инерции стремится вести тело по прямой. Думаю, на этом моменте у нас противоречий нет. А вот то, что Вы пишите про единственность силы тяготения, так ведь будь оно единственным все тела просто бы шли по прямой друг к другу без всяких орбит.киборд
06.03.17 17:35
Это фиктивная сила. В отличие от сил реальных. Так вот , в случае движения по орбите вокруг Солнца , действует единственная сила - сила тяготения. И для описания движения по орбите никаких других сил не трэба...Фсе._STRANNIK
06.03.17 17:53
Амиго, UAАмиго
06.03.17 18:00
2 _STRANNIK - Совершенно верно. Сложение векторов скоростей понятно. И тут же Вы пишите про изначальный импульс. Значит вот она вторая сила - сила инерции. По сути мы с Вами об оном и том же, только Вы почему-то утверждаете единственность силы тяготения и не называете имя второй силы )_STRANNIK
06.03.17 18:24
Амиго, UAкиборд
06.03.17 19:35
Остальное - прямое следствие основных законов механики (закона сохранения импульса конкретно) и закона мирового тяготения. Фсе . Для понимания этого факта достаточно написать соответствующие уравнения.kouroush
06.03.17 19:36
ну все, хватит уже. голубь в шахматы играет лучше (с его точки зрения).