Цивилизация
Российские ученые совместно с немецкими коллегами сумели объяснить неклассическое поведение роста нитевидных нанокристаллов (нановискеров), выращиваемых методом молекулярно-пучковой эпитаксии, а также придумали способ управлять кинетикой роста нановискеров, которые в дальнейшем планируют использовать в электронных приборах нового типа. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованы в журналах Nanolletters и Computational Materials Science.
Нановискеры — это «наноцилиндры» длиной несколько тысяч нанометров и диаметром 20–40 нанометров (нанометр равен одной миллиардной доле метра). Группа исследователей из Института вычислительной математики и математического моделирования СО РАН и Новосибирского государственного университета под руководством доктора физико-математических наук профессора Карла Сабельфельда совместно с немецкими физиками из Института твердотельной электроники имени Пауля Друде (Берлин) изучила кинетику роста нановискеров из нитрида галлия (GaN), которые были получены путем напыления атомов галлия и азота на подложку. Такой способ выращивания называется методом молекулярно-пучковой эпитаксии.
Потоки атомов галлия и азота в условиях вакуума и при высокой температуре бомбардируют подложку, вследствие чего начинают формироваться островки, а затем уже сами нановискеры. Весь процесс занимает несколько часов. Кинетика этого процесса изучалась на нановиксерах размером от нескольких десятков до нескольких тысяч нанометров. Если графен называют двумерным материалом, то нановискеры — одномерным.
Суть работы по исследованию роста нитевидных нанокристаллов — ответить на загадочное поведение роста нановискеров, которые получали напылением атомов галлия и азота на подложку. «Дело в том, что в самом начале их роста высоты нановискеров сильно разнятся, поскольку они рождаются в разное время и имеют разные радиусы. Но в процессе роста они, вопреки ожиданиям и современным физическим представлениям, начинают выравниваться по высоте», — прокомментировал Карл Сабельфельд.
Исследователям удалось объяснить этот феномен с помощью компьютерного моделирования. Ученые выяснили, что выравнивание нановискеров по высоте происходит за счет многократного перерассеяния атомов галлия между соседними группами нановискеров. Теперь исследователи могут предсказывать распределение нановискеров по высоте и диаметру в процессе их спонтанного роста, в зависимости от условий выращивания.
В последнее время ведутся интенсивные работы по созданию различных электронных приборов нового типа на основе нановискеров. «Перспективы данного исследования очень серьезные, поскольку интерес к выращиванию нановискеров с различными необычными электронными свойствами очень велик как со стороны теоретиков, изучающих электронные свойства нановискеров, так и со стороны наноиндустрии новых электронных элементов для квантовых компьютеров», — сказал Карл Сабельфельд.
