Современные электронные устройства, как известно, основаны на движении и собирании электронов для работы с информацией. Новой ступенью развития вычислительной техники должно стать повсеместное применение так называемых топологических изоляторов (спинтроников), где передача информации основана на использовании внутреннего момента вращения электрона, спина.
явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.
Квантовый спиновый эффект Холла впервые был экспериментально обнаружен в тонких полупроводниковых пленках и выражается в дискретности проводимости и в появлении на боковых гранях образца спин-поляризованных электронов даже в отсутствие магнитного поля.
Одной из проблем, препятствующей началу повсеместного использования спинтроников, является то, что для создания спинтронного устройства вещество должно сохранять магнитные свойства электронов при комнатной температуре. Тестируемые же полупроводники в большинстве своем обладали свойствами спинтроников при температуре порядка -200 градусов по Цельсию — температуре, недостижимой при создании вычислительных машин.
Висмут (латинское название Bismuthum или bisemutum происходит от немецкого weisse Masse, белая масса) — твёрдый хрупкий металл стального цвета с розоватым отливом; 83-й номер таблицы Менделеева.
В рудах находится как в форме собственных минералов, так и в виде примеси в некоторых сульфидах и сульфосолях других металлов. В мировой практике около 90% всего добываемого висмута извлекается попутно при металлургической переработке свинцово-цинковых, медных, оловянных руд и концентратов, содержащих сотые и иногда десятые доли процента висмута. Висмут в достаточной степени редкий металл, и его мировая добыча/потребление едва превышает 6000 тонн в год (от 5800 до 6400 тонн в год).
Одним из важнейших направлений применения висмута является производство полупроводниковых материалов и в частности теллуридов (термо-ЭДС теллурида висмута 280 мкВ/К) и селенидов висмута. Получен высокоэффективный материал на основе висмут-цезий-теллур для производства полупроводниковых холодильников суперпроцессоров.
Теллур (от латинского tellus, родительный падеж telluris, Земля) — хрупкое серебристо-белое вещество с металлическим блеском, в тонких слоях на просвет красно-коричневый, в парах — золотисто-жёлтый; 52-й номер таблицы Менделеева.
Теллур — редкий элемент, и значительный спрос при малом объёме добычи определяет высокую его цену ($200-300 за кг в зависимости от чистоты), но, несмотря на это, диапазон областей его применения постоянно расширяется.
Велика роль теллура в производстве полупроводниковых материалов и, в частности, теллуридов свинца, висмута, сурьмы, цезия. Очень важное значение в ближайшие годы приобретёт производство теллуридов лантаноидов, их сплавов и сплавов с селенидами металлов для производства термоэлектрогенераторов с весьма высоким (до 72-78 %) КПД, что позволит применить их в энергетике и в автомобильной промышленности. Недавно обнаружена очень высокая термо-ЭДС в теллуриде марганца (500 мкВ/К) и в его сочетании с селенидами висмута, сурьмы и лантаноидов, что позволяет не только достичь весьма высокого КПД в термогенераторах но и осуществить уже в одной ступени полупроводникового холодильника охлаждение вплоть до области криогенных (температурный уровень жидкого азота) температур и даже ниже.
Лучшим материалом на основе теллура для производства полупроводниковых холодильников в последние годы явился сплав теллура, висмута и цезия, который позволил получить рекордное охлаждение до --237 °C. В то же время, как термоэлектрический материал, перспективен сплав теллур-селен (70 % селена), который имеет коэффициент термо-ЭДС около 1200 мкВ/К. Совершенно исключительное значение также получили сплавы КРТ (кадмий-ртуть-теллур), которые обладают фантастическими характеристиками для обнаружения излучения от стартов ракет и наблюдения за противником из космоса через атмосферные окна (не имеет значение облачность). КРТ является одним из наиболее дорогих материалов в современной электронной промышленности.
Но оказалось, что сплав теллура и висмута (Bi2Te3) проявляет свойства спинтроника и при комнатной температуре.
Соответствующее предсказание сделал в своей теоретической работе сотрудник Стэнфордского университета (внесен Минюстом в перечень нежелательных в России организаций) Шоучен Чжан. Его коллеги Юлинь Чень, Чжи-Сунь Шень, а также ряд китайских и американских ученых провели комплексное экспериментальное исследование теллурида висмута и в целом подтвердили самые благоприятные прогнозы своего коллеги-теоретика. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
метод изучения строения вещества, основанный на измерении энергетических спектров электронов, вылетающих при фотоэлектронной эмиссии. Согласно закону сохранения энергии, сумма энергии связи вылетающего электрона (работы выхода) и его кинетическая энергии равна энергии падающего фотона h? (h - Планка постоянная, ? - частота падающего излучения).
По спектру электронов можно определить энергии связи электронов и их уровни энергии в исследуемом веществе. В фотоэлектронной спектроскопии применяются монохроматическое рентгеновское или ультрафиолетовое излучения с энергией фотонов от десятков тысяч до десятков электрон-Вольт (что соответствует длинам волн излучения от десятых долей до сотен). Спектр фотоэлектронов исследуют при помощи электронных спектрометров высокого разрешения (достигнуто разрешение до десятых долей эВ в рентгеновской области и до сотых долей эВ в ультрафиолетовой области).
Метод фотоэлектронной спектроскопии применим к веществу в газообразном, жидком и твёрдом состояниях и позволяет исследовать как внешние, так и внутренние электронные оболочки атомов и молекул, уровни энергии электронов в твёрдом теле (в частности, распределение электронов в зоне проводимости). Для молекул энергии связи электронов во внутренних оболочках образующих их атомов зависят от типа химической связи (химические сдвиги), поэтому фотоэлектронную спектроскопию успешно применяется в аналитической химии для определения состава вещества и в физической химии для исследования химической связи. В химии метод известен под название ЭСХА - электронная спектроскопия для химического анализа (ESCA - electronic spectroscopy for chemical analysis).
«Теоретические работы были очень близки к экспериментальным результатам, — сообщил руководитель проекта Юлинь Чень. —
Но действительность превзошла все ожидания».
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"incutNum": 4,
"pic_fsize": "6427",
"picsrc": "Монокристалл теллурида висмута // ru.wikipedia.org",
"repl": "<4>:{{incut4()}}",
"uid": "_uid_3212209_i_4"
}
Одним из плюсов этого материала является его простота в производстве при нынешнем развитии изготовления трехмерных полупроводников. Отсюда следует, что не за горами то время, когда основу компьютера будут составлять быстрые процессоры из теллурида висмута, а современные процессоры постепенно отойдут в прошлое.
