Zhores Alferov: okręt flagowy krajowej elektroniki

Zhores Alferov: okręt flagowy krajowej elektroniki

Alexander Samsonov
"Ekologia i życie" №5, 2010

W marcu tego roku akademik Jaures Alfierov Iwanowicz, laureat nagrody Nobla i członek redakcji czasopisma Ecology and Life, skończył 80 lat. W kwietniu przyszła wiadomość, że Zhores Ivanovich został dyrektorem naukowym projektu innowacyjnego Skolkovo. Ten ważny projekt powinien w istocie stworzyć przełom w przyszłość, wnosząc nowe życie do domowej elektroniki, u źródeł rozwoju których stał I. Alferow.

Na korzyść faktu, że przełom jest możliwy, mówi historia: kiedy w 1957 r. Został wystrzelony pierwszy satelita w ZSRR, Stany Zjednoczone znalazły się na marginesie. Jednak rząd Stanów Zjednoczonych pokazał walczący charakter, takie alokacje zostały dokonane na technologię, że liczba badaczy szybko osiągnęła milion! Dosłownie w następnym roku (1958), jeden z nich, John Kilby, wynalazł układ scalony, który zastąpił płytkę drukowaną w konwencjonalnych komputerach – i powstała mikroelektronika współczesnych komputerów. Ta historia została później nazwana "efektem satelitarnym".

Zhores Ivanovich bardzo uważnie śledzi kształcenie przyszłych badaczy. Nie bez powodu założył REC, ośrodek szkoleniowy, w którym odbywają się szkolenia ze szkoły.Gratulujemy Żorowi Iwanowiczowi rocznicy jego działalności, przyglądamy się przeszłości i przyszłości elektroniki, w której efekt satelity musi się wielokrotnie objawiać. Mamy nadzieję, że w przyszłości naszego kraju, jak to było kiedyś w Stanach Zjednoczonych, zgromadzona zostanie "masa krytyczna" wyszkolonych naukowców – w celu pojawienia się efektu satelity.

Światło "techniczne"

Pierwszym krokiem w tworzeniu mikroelektroniki był tranzystor. Pionierami ery tranzystorów byli William Shockley, John Bardeen i Walter Brattein, którzy w 1947 r.Laboratoria Bell"po raz pierwszy powstał aktywny tranzystor bipolarny, a drugim elementem elektroniki półprzewodnikowej było urządzenie do bezpośredniej konwersji prądu w światło – jest to półprzewodnikowy konwerter optoelektroniczny, do którego powstania bezpośrednio związany był J.I. Alferov.

Zadanie bezpośredniego przekształcenia energii elektrycznej w "techniczne" światło – spójne promieniowanie kwantowe – przybrało kształt kierunku elektroniki kwantowej, urodzonej w latach 1953-1955. W rzeczywistości naukowcy ustalili i rozwiązali problem uzyskania doskonałego nowego rodzaju światła, które nie było wcześniej w naturze. Nie jest to światło, które płynie w ciągłym strumieniu, gdy prąd przechodzi przez włókno wolframowe lub pojawia się w ciągu dnia od Słońca i składa się z losowej mieszaniny fal o różnych długościach, które nie są dopasowane w fazie.Innymi słowy, stworzono ściśle "odmierzone" światło, otrzymane jako zbiór pewnej liczby kwantów o danej długości fali i ściśle "zbudowany" – spójny, czyli uporządkowany, co oznacza równoczesną (synfazową) emisję kwantów.

Priorytet USA na tranzystorze został określony ogromnym ciężarem II wojny światowej, która spiętrzała nasz kraj. W tej wojnie zginął starszy brat Zhores Ivanovich, Marks Ivanovich.

Marx Alfyorow ukończył szkołę 21 czerwca 1941 r. W Syasstroy. Wszedł do Ural Industrial Institute na Wydziale Energii, ale studiował zaledwie kilka tygodni, a następnie zdecydował, że jego obowiązkiem jest chronić Ojczyznę. Stalingrad, Charków, Kursk Wybrzuszenie, ciężka rana w głowę. W październiku 1943 r. Spędził trzy dni z rodziną w Swierdłowsku, kiedy po szpitalu powrócił na front.

Trzy dni spędzone z bratem, jego historie z przodu i namiętna młodzieńcza wiara w potęgę nauki i techniki 13 lat Jores pamiętał przez całe życie. Strażnicy młodsi podporucznik Iwanowicz Alferow zginęli w bitwie w "drugim Stalingradzie" – tak zwanej operacji Korsun-Szewczenko.

W 1956 r. Zhores Alferov przyjechał na Ukrainę, aby odnaleźć grób swojego brata.W Kijowie, na ulicy, niespodziewanie spotkał kolegę B. P. Zakharchenyę, który później stał się jednym z jego najbliższych przyjaciół. Zgodziliśmy się iść razem. Kupiliśmy bilety na parowiec, a następnego dnia popłynęliśmy w dół Dniepru do Kaneva w dwuosobowej kabinie. Znaleźliśmy wioskę Khilki, w pobliżu której żołnierze radzieccy, w tym Marks Alfiorow, odzwierciedlają zaciekłą próbę wybranych dywizji niemieckich, by wydostać się z "kotła" Korsun-Szewczenki. Znaleźli masowy grób z białym gipsowym żołnierzem na cokole, górującym nad dziko rosnącą trawą, w którą przeplatały się proste kwiaty, które zwykle sadzono na rosyjskich grobach: nagietki, bratki, niezapominajki.

W 1956 r. Zhores Alferov pracował już w Instytucie Fizyki i Technologii w Leningradzie, gdzie marzył o studiach. Główną rolę w tej dziedzinie odegrała książka "Podstawowe reprezentacje współczesnej fizyki" napisana przez Abrama Fedorowicza Ioffe, patriarchę rosyjskiej fizyki, z której szkoły praktycznie wszyscy fizycy, którzy później stanowili dumę rosyjskiej szkoły fizycznej: P. L. Kapitsa, L. D. Landau, oraz V. Kurchatov, A. P. Aleksandrov, Yu. B. Khariton i wielu innych.Zhores Ivanovich napisał znacznie później, że jego szczęśliwe życie w nauce zostało ustalone z góry przez jego dystrybucję w Fiztech, później nazwaną Ioffe.

Systematyczne badania półprzewodników w Instytucie Fizyko-Technicznym rozpoczęto w latach 30. XX wieku. W 1932 r. V. P. Zhoze i B. V. Kurchatov zbadali przewodnictwo wewnętrzne i zanieczyszczenie półprzewodników. W tym samym roku A. F. Ioffe i I. I. Frenkel stworzyli teorię rektyfikacji prądu na styku metal-półprzewodnik, opartą na zjawisku tunelowania. W latach 1931 i 1936 Ya I. Frenkel opublikował swoje słynne prace, w których przewidział istnienie ekscytonów w półprzewodnikach, wprowadzając ten termin i rozwijając teorię ekscytonów. Teorię prostowania połączenia pn, które stanowiło podstawę połączenia pn V. Shokli, który stworzył pierwszy tranzystor, opublikował B.I. Davydov, pracownik Fiztekha, w 1939 roku. Nina Goryunova, studentka Ioffe, obroniła się w 1950 roku. rozprawa o związkach międzymetalicznych, otworzyła właściwości półprzewodnikowe związków z trzeciej i piątej grupy układu okresowego (dalej A3In5). To ona stworzyła podstawę, na której rozpoczęto badania nad heterostrukturami tych pierwiastków.(Na Zachodzie ojciec półprzewodników A3In5 uważany za G. Welkera).

Sam Alferow nie odniósł sukcesu pod przewodnictwem Ioffe – w grudniu 1950 r. Podczas kampanii "przeciw kosmopolityzmowi" Ioffe został usunięty ze stanowiska dyrektora i usunięty z Rady Naukowej Instytutu. W 1952 r. Kierował laboratorium półprzewodnikowym, na podstawie którego w 1954 r. Powstał Instytut Półprzewodników Akademii Nauk PAN w ZSRR.

Alferow złożył wniosek o wynalezienie lasera półprzewodnikowego wraz z teoretykiem RI Kazarinovem na wysokości poszukiwania lasera półprzewodnikowego. Poszukiwania te rozpoczęły się w 1961 r., Kiedy to N. G. Basov, O. N. Krokhin i Yu M. Popov sformułowali teoretyczne przesłanki jego powstania. W lipcu 1962 r. Amerykanie zdecydowali się na półprzewodnik z pokolenia na pokolenie – był to arsenek galu, a we wrześniu-październiku efekt laserowy uzyskano natychmiast w trzech laboratoriach, pierwszą była grupa Roberta Hali (24 września 1962 r.). Pięć miesięcy po publikacji Hali złożono wniosek o wynalezienie Alferova i Kazarinova, z których odliczanie zajmują badania mikroelektroniki heterostrukturalnej w Fiztekh.

Physicotechnical Institute, Alferov Group, 1970 (od lewej do prawej): Dmitrij Garbuzow, Wiaczesław Andriejew, Władimir Korolkow, Dmitry Tretyakow i Zhores Alferov. Zdjęcie: "Ekologia i życie"

Grupa Alferova (Dmitrij Trietiakow, Dmitrij Garbuzow, Efim Portnoj, Władimir Korolkow i Wiaczesław Andreev) zmagała się z poszukiwaniami materiałów odpowiednich do realizacji kilku lat próbując zrobić to samodzielnie, ale znalazła odpowiedni złożony trójskładnikowy półprzewodnik prawie przez przypadek: w sąsiednim laboratorium N. A. Goryunova . Była to jednak "nie przypadkowa" szansa – poszukiwania obiecujących związków półprzewodnikowych Nina Aleksandrovna Goryunova kierowały kierunkowo, aw monografii, która ukazała się w 1968 r., Sformułowała ideę "okresowego układu związków półprzewodnikowych". Związek półprzewodnikowy wytworzony w jego laboratorium posiadał niezbędną stabilność do generowania, co determinowało sukces "przedsiębiorstwa". Heterolaser oparty na tym materiale został stworzony w przeddzień roku 1969, a data pierwszeństwa na poziomie wykrywania efektu laserowego to 13 września 1967 roku.

Pierwszy artykuł o możliwości zastosowania półprzewodników do stworzenia lasera został opublikowany w 1959 r. Przez N. G. Basova, B. M. Vul i Yu. M. Popova.Wykorzystanie połączeń pn do tych celów zaproponowali w 1961 r. N. G. Basov, O. N. Krokhin i Yu. M. Popov. Kryształowe lasery półprzewodnikowe GaAs zostały po raz pierwszy wdrożone w 1962 r. W laboratoriach R. Hall, M.I. Neyten i N. Holonyak (USA). Poprzedzono je badaniem właściwości radiacyjnych połączeń pn, które wykazały, że z dużym prądem pojawiają się oznaki emisji stymulowanej (D. N. Nasledov, S. M. Rybkin ze współpracownikami, ZSRR, 1962). W ZSRR podstawowe badania prowadzące do powstania laserów półprzewodnikowych zostały nagrodzone nagrodą Lenina w 1964 r. (B. M. Vul, O. N. Krokhin, D. N. Nasledov, A. A. Rogachev, S. M. Rybkin, Yu M. Popov, A. P. Shotov, B. V. Tsarenkov). Laser półprzewodnikowy z wzbudzeniem elektronicznym został po raz pierwszy wdrożony w 1964 roku przez N. G. Basov, O. V. Bogdankevich, A. G. Devyatkov. W tym samym roku N. G. Basov, A. Z. Grasyuk i V. A. Katulin poinformowali o stworzeniu pompowanego optycznie lasera półprzewodnikowego. W 1963 r. J.I. Alferov zaproponował wykorzystanie heterostruktur w laserach półprzewodnikowych. Zostały one utworzone w 1968 r. Przez J.I. Alferova, V.M. Andreeva, D.Z. Garbuzova, V.I. Korolkova, D.N. Tretyakova, V.I. Shveikina, którzy otrzymali nagrodę Lenina w 1972 r. do badań heterozłączeń i opracowywania urządzeń na ich podstawie.

Nowe materiały

Na tle rasy laserowej, która rozwinęła się od początku lat 60., niemal niezauważalnie pojawiły się diody LED, które również wytworzyły światło o danym spektrum, ale nie posiadały ścisłej koherencji laserowej. W rezultacie dzisiejsza mikroelektronika obejmuje takie podstawowe urządzenia funkcjonalne jak tranzystory i ich konglomeraty – układy scalone (tysiące tranzystorów) i mikroprocesory (od dziesiątek tysięcy do dziesiątków milionów tranzystorów), podczas gdy w rzeczywistości oddzielna gałąź mikroelektroniki – optoelektronika – obejmuje urządzenia zbudowane na bazie heterostruktury do tworzenia "technicznego" światła – lasery półprzewodnikowe i diody LED. Zastosowanie laserów półprzewodnikowych wiąże się z najnowszą historią zapisu cyfrowego, od konwencjonalnych płyt CD do dzisiejszej słynnej technologii. Niebieski promień na azotku galu (GaN).

LED lub dioda elektroluminescencyjna (LED, LED, LED – ang.) Dioda emitująca światło), – półprzewodnikowe urządzenie emitujące niespójne światło, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny. Emitowane światło leży w wąskim zakresie widma, jego charakterystyka kolorystyczna zależy od składu chemicznego użytego w nim półprzewodnika.

po lewej) i bezpośrednie (po prawej) półprzewodniki. Zdjęcie: "Ekologia i życie" "border = 0> Bezpośrednie zamrażanie (po lewej) i bezpośrednie (po prawej) półprzewodniki. Zdjęcie: "Ekologia i życie"

Uważa się, że pierwsza dioda LED, emitująca światło w zakresie widzialnym, została wyprodukowana w 1962 r. Na Uniwersytecie Illinois przez grupę kierowaną przez Nicka Holonyaka. Diody wykonane z pośrednich półprzewodników (na przykład z krzemu, germanu lub węglika krzemu) prawie nie emitują światła. Dlatego też stosowano takie materiały jak GaAs, InP, InAs, InSb, które są półprzewodnikami z bezpośrednim przerwaniem. W tym samym czasie wiele materiałów półprzewodnikowych typu A.3InE tworzą między sobą ciągły rząd stałych rozwiązań – trójskładnikowy i bardziej złożony (AIxGa1-xN i InxGa1-xN, GaAsxP1-xGaxIn1-xP, GaxIn1-xJakoyP1-y itp.), na podstawie którego powstał kierunek mikroelektroniki heterostrukturalnej.

Najbardziej znanym obecnie zastosowaniem diod LED jest wymiana żarówek i wyświetlaczy telefonów komórkowych i nawigatorów.

3In5 i a2(4)In6 i materiały magnetyczne (w nawiasach). Linie łączenia materiałów: czerwony dla związków A3In5i niebieski dla reszty oznaczają one heterostruktury kwantowe, które już zostały zbadane.Zdjęcie: "Ekologia i życie" "border = 0> Półprzewodniki grupy IV, związki A3In5 i a2(4)In6 i materiały magnetyczne (w nawiasach). Linie łączenia materiałów: czerwony dla związków A3In5iniebieski dla reszty oznaczają one heterostruktury kwantowe, które już zostały zbadane. Zdjęcie: "Ekologia i życie"

Ogólna koncepcja dalszego rozwoju "technicznego światła" – tworzenie nowych materiałów dla technologii LED i laserowej. Zadanie to jest nierozerwalnie związane z problemem uzyskania materiałów o określonych wymaganiach dotyczących struktury elektronowej półprzewodnika. A głównym z tych wymagań jest struktura zabronionej strefy półprzewodnikowej matrycy zastosowanej do rozwiązania konkretnego problemu. Aktywnie prowadzone kombinacje badawcze materiałów, które pozwalają osiągnąć określone wymagania dotyczące kształtu i wielkości strefy zabronionej.*

Możesz zorientować się w wszechstronności tej pracy, patrząc na wykres, na którym możesz ocenić różnorodność "podstawowych" podwójnych związków i możliwości ich kombinacji w heterostrukturach złożonych.

Weź tysiące słońc!

Historia światła technicznego byłaby niepełna, gdyby wraz z emiterami światła nie było rozwoju jego odbiorników. Jeśli prace grupy Alferova rozpoczęły się od poszukiwania materiałów dla emiterów, dziś jeden z członków tej grupy, najbliższy współpracownik Alferova i jego wieloletni przyjaciel, profesor V.M. Andreev, jest ściśle zaangażowany w prace związane z odwrotną transformacją światła ogniwa słoneczne. Ideologia heterostruktur jako kompleksu materiałów o danej szerokości zabronionej strefy znalazła tu również zastosowanie aktywne. Faktem jest, że światło słoneczne składa się z dużej liczby fal świetlnych o różnych częstotliwościach, co jest dokładnie problemem jego pełnego wykorzystania, ponieważ nie ma materiału, który w jednakowym stopniu przekształciłby światło o różnych częstotliwościach w energię elektryczną. Okazuje się, że każde krzemowe ogniwo słoneczne przetwarza nie całe spektrum promieniowania słonecznego, ale tylko jego część. Co robić "Receptura" jest zwodniczo prosta: stworzyć ciasto warstwowe z różnych materiałów, z których każda warstwa reaguje na swoją własną częstotliwość, ale jednocześnie przepuszcza wszystkie pozostałe częstotliwości bez znaczącego osłabienia.

Jest to kosztowna konstrukcja, ponieważ musi zawierać nie tylko przejścia o różnych przewodnościach, do których pada światło, ale także wiele warstw pomocniczych, na przykład, aby wynikowy emf był usuwany do dalszego użytku. W rzeczywistości "kanapka" to zespół kilku urządzeń elektronicznych. Jego użycie uzasadnione jest wyższą efektywnością "kanapek", które jest efektywnie używane razem z koncentratorem słonecznym (soczewką lub lustrem). Jeśli "kanapka" pozwala na zwiększenie wydajności w porównaniu do elementu krzemowego, np. 2 razy, od 17 do 34%, to dzięki piastowi, który zwiększa gęstość promieniowania słonecznego o 500 razy (500 słońc), można uzyskać przyrost 2 × 500 = 1000 razy! Jest to zysk w obszarze samego elementu, to znaczy, że materiał musi być 1000 razy mniejszy. Współczesne koncentratory promieniowania słonecznego mierzą gęstość promieniowania w tysiącach i dziesiątkach tysięcy "słońc" skoncentrowanych na jednym elemencie.

Wielowarstwowa struktura fotokomórki koncentratora do konwersji energii słonecznej o wysokiej wydajności. Zdjęcie: "Ekologia i życie"

Innym możliwym sposobem jest uzyskanie materiału, który może pracować co najmniej na dwóch częstotliwościach lub, bardziej dokładnie, z szerszym zakresem widma słonecznego.Na początku lat 60. XX wieku pokazano możliwość zastosowania efektu "wielostrefowego". Jest to szczególna sytuacja, w której obecność zanieczyszczeń tworzy pasma w pasmach półprzewodnikowych, co pozwala elektronom i dziurom "przeskoczyć przez przepaść" w dwóch lub nawet trzech skokach. W rezultacie można uzyskać efekt fotoelektryczny dla fotonów o częstotliwości 0,7, 1,8 lub 2,6 eV, co oczywiście znacznie rozszerza spektrum absorpcji i zwiększa wydajność. Jeśli naukowcy zdołają zapewnić generację bez znaczącej rekombinacji nośników na tych samych pasmach zanieczyszczeń, wówczas wydajność takich elementów może osiągnąć 57%.

Od początku lat 2000. prowadzono aktywne badania w tym kierunku pod kierunkiem V. M. Andreev i Zh. I. Alferov.

Jest jeszcze jeden interesujący kierunek: strumień światła słonecznego jest najpierw dzielony na strumienie o różnych zakresach częstotliwości, z których każdy jest następnie kierowany do "swoich" komórek. Taki kierunek można również uznać za obiecujący, ponieważ w tym przypadku połączenie szeregowe, nieuniknione w konstrukcjach warstwowych typu przedstawionego powyżej, zanika, ograniczając prąd elementu do najbardziej "słabej" części widma.

Zasadnicze znaczenie ma ocena stosunku energii słonecznej i atomowej, wyrażona przez J. Al. Alferova na niedawnej konferencji: "Gdyby tylko 15% środków wydanych na rozwój energii atomowej wydano na rozwój alternatywnych źródeł energii, to elektrownie jądrowe do produkcji energii elektrycznej w ZSRR w ogóle nie byłby potrzebny! "

Przyszłość heterostruktur i nowych technologii

Kolejna ocena jest interesująca, odzwierciedlająca punkt widzenia Zhores Ivanovich: w XXI wieku heterostruktury pozostaną tylko 1% za użycie monostruktur, czyli cała elektronika zniknie z takich "prostych" substancji jak krzem o czystości 99,99-99,999%. Liczby to czystość krzemu, mierzona w dziewiątkach po kropce dziesiętnej, ale ta czystość ma już 40 lat i nikt nie jest zaskoczony. Przyszłość elektroniki, uważa Alferov, jest połączeniem elementów A3B5, ich stałe rozwiązania i warstwy epitaksjalne o różnych kombinacjach tych elementów. Oczywiście nie można twierdzić, że proste półprzewodniki, takie jak krzem, nie mogą znaleźć szerokiego zastosowania, ale wciąż złożone struktury zapewniają o wiele bardziej elastyczną odpowiedź na współczesne potrzeby. Nawet dzisiaj heterostruktury rozwiązują problem wysokiej gęstości informacji w optycznych systemach komunikacyjnych. Chodzi o OEIC (optoelektroniczny układ scalony) – optoelektroniczny układ scalony. Podstawy każdego optoelektronicznego układu scalonego (transoptory, transoptory) składają się z diody emitującej podczerwień i optycznie wyrównanego detektora promieniowania, który nadaje formalnym obwodom szeroki zakres dla szerokiego zastosowania tych urządzeń jako transceiverów informacji.

Ponadto, kluczowy instrument nowoczesnej optoelektroniki, laser DHS (DHS – podwójna heterostruktura), jest ciągle ulepszany i rozwijany. Wreszcie, dziś jest to wysokowydajne, szybkie diody LED na heterostrukturach, które zapewniają wsparcie dla szybkiej transmisji danych HSPD (Usługa szybkich pakietów danych).

Ale najważniejszą rzeczą w konkluzji Alferova nie są te rozbieżne zastosowania, ale ogólny kierunek rozwoju techniki XXI wieku – produkcja materiałów i układów scalonych opartych na materiałach, które mają precyzyjnie określone właściwości zaprojektowane z myślą o wielu krokach naprzód. Właściwości te są wyznaczane przez prace projektowe, które są prowadzone na poziomie struktury atomowej materiału, określonej przez zachowanie nośników ładunku w tej konkretnej przestrzeni regularnej, która jest wnętrzem sieci krystalicznej materiału.Zasadniczo praca ta polega na regulacji liczby elektronów i ich przejść kwantowych – praca jubilerska na poziomie projektowania stałej sieci o kilku angstremach (angstremów) – 10-10 m, 1 nanometr = 10 angstremów). Ale dzisiaj rozwój nauki i technologii nie jest już tak głęboki w materii, jak był reprezentowany w latach 60. ubiegłego wieku. Dziś jest to w dużej mierze ruch w przeciwnym kierunku, w obszarze nanoskali – na przykład tworzenie nanooblastów o właściwościach kropek kwantowych lub drutów kwantowych, w których kropki kwantowe są liniowo połączone.

Naturalnie nanoobiekty są tylko jednym z etapów rozwoju nauki i technologii, na których się nie kończą. Trzeba powiedzieć, że rozwój nauki i technologii nie jest prostym sposobem, a jeśli dzisiaj zainteresowania badaczy przesuną się w kierunku zwiększenia rozmiarów – w nanooblastę, to jutrzejsze decyzje będą konkurować w różnych skalach.

Na przykład ograniczenia dotyczące chipów krzemowych powstających na chipach krzemowych można rozwiązać na dwa sposoby. Pierwsza ścieżka to zmiana półprzewodników. W tym celu proponuje się wariant produkcji chipów hybrydowych opartych na wykorzystaniu dwóch materiałów półprzewodnikowych o różnych właściwościach.Zastosowanie azotku galu razem z płytką krzemową nazywa się najbardziej obiecującą opcją. Z jednej strony, azotek galu ma wyjątkowe właściwości elektroniczne, które pozwalają na tworzenie szybkich układów scalonych, z drugiej zaś strony użycie krzemu jako podstawy sprawia, że ​​ta technologia jest kompatybilna z nowoczesnym sprzętem produkcyjnym. Jednak podejście ze strony nanomateriałów zawiera jeszcze bardziej innowacyjny pomysł elektroniki jednego elektronu – jednego elektroniki.

Faktem jest, że dalsza miniaturyzacja elektroniki – umieszczenie tysięcy tranzystorów na pojedynczym substracie mikroprocesorowym – ogranicza przecięcie pól elektrycznych, gdy elektrony płyną w pobliskich tranzystorach. Chodzi o użycie pojedynczego elektronu zamiast strumieni elektronów, które mogą poruszać się w "indywidualnej" osi czasu, a zatem nie tworzą "kolejek", zmniejszając w ten sposób intensywność interferencji.

Jeśli na to spojrzeć, przepływy elektronów nie są generalnie potrzebne – można wysłać dowolny niewielki sygnał do przekazania kontroli, problem polega na pewnym wyizolowaniu go (wykrycie).Okazuje się, że detekcja jednoelektronowa jest technicznie całkiem wykonalna – stosuje się do tego efekt tunelowy, który jest indywidualnym zdarzeniem dla każdego elektronu, w przeciwieństwie do zwykłego ruchu elektronowego "masa całkowita" – prąd w półprzewodniku jest procesem kolektywnym. Z punktu widzenia elektroniki, złącze tunelowe jest przenoszeniem ładunku przez kondensator, więc w tranzystorze polowym, gdzie kondensator znajduje się na wejściu, pojedynczy elektron może zostać "złapany" przez częstotliwość drgań wzmacnianego sygnału. Jednakże możliwe było izolowanie tego sygnału w konwencjonalnych urządzeniach tylko w temperaturach kriogenicznych – wzrost temperatury zniszczył warunki wykrywania sygnału. Ale temperatura wygaśnięcia efektu okazała się odwrotnie proporcjonalna do powierzchni kontaktu, aw 2001 r. Wykonano pierwszy tranzystor jednoelektronowy na nanorurce, w którym powierzchnia kontaktu była tak mała, że ​​pozwoliła nam pracować w temperaturze pokojowej!

Pod tym względem jednolita elektronika odtwarza ścieżkę naukowców zajmujących się heterolaserami półprzewodników – grupa Alferowa walczyła o znalezienie materiału, który zapewniłby efekt lasingu w temperaturze pokojowej, a nie w temperaturze ciekłego azotu.Ale nadprzewodniki, z którymi największe nadzieje wiążą się z transmisją dużych strumieni elektronowych (prądów mocy), nie były jeszcze w stanie "wyciągnąć" z obszaru temperatur kriogenicznych. To nie tylko znacznie spowalnia możliwość zmniejszenia strat w przesyle energii na duże odległości – dobrze wiadomo, że przekierowanie przepływów energii przez Rosję w ciągu dnia prowadzi do 30% strat dla "przewodów grzejnych" – brak nadprzewodników "pokojowych" ogranicza rozwój pamięci masowej energia w pierścieniach nadprzewodnikowych, gdzie ruch prądu może trwać prawie na zawsze. Nieosiągalne, podczas gdy ideałem tworzenia takich pierścieni są zwykłe atomy, gdzie ruch elektronów wokół jądra jest czasem stabilny w najwyższych temperaturach i może trwać w nieskończoność.

Dalsze perspektywy rozwoju nauk materiałowych są bardzo zróżnicowane. Co więcej, wraz z rozwojem nauki o materiałach pojawiła się realna możliwość bezpośredniego wykorzystania energii słonecznej, obiecując ogromne perspektywy dla energii odnawialnej. Czasami to te obszary pracy określają przyszłe oblicze społeczeństwa (w Tatarstanie i Czuwasji planują już "zieloną rewolucję" i poważnie rozwijają tworzenie bio-ekologicznych miast).Być może przyszłością tego kierunku jest przejście od opracowania techniki materiałów do zrozumienia zasad funkcjonowania samej natury, do przejścia przez kontrolowaną fotosyntezę, która może rozprzestrzeniać się w społeczeństwie ludzkim równie szeroko, jak w dzikiej przyrodzie. Mówimy już o komórce elementarnej żywej natury – komórce, i jest to następny, wyższy etap rozwoju po elektronice, z jej ideologią tworzenia urządzeń do wykonywania dowolnej funkcji – tranzystora sterującego prądem, diody LED lub lasera do sterowania światłem. Ideologia komórki to ideologia operatorów jako elementarnych urządzeń realizujących określony cykl. Komórka nie służy jako wyizolowany element do wykonywania jednej funkcji kosztem energii zewnętrznej, ale jako cała fabryka do przetwarzania dostępnej energii zewnętrznej do pracy utrzymującej cykle wielu różnych procesów w ramach jednej koperty. Praca komórki w celu utrzymania własnej homeostazy i gromadzenia energii w postaci ATP jest ekscytującym problemem współczesnej nauki. Do tej pory biotechnolodzy mogą jedynie marzyć o stworzeniu sztucznego urządzenia o właściwościach komórek odpowiednich do stosowania w mikroelektronice.A kiedy tak się stanie, rozpocznie się nowa era mikroelektroniki – epoka zbliżania się do zasad działania żywych organizmów, od dawna marzenie o fantastyce naukowej i długowiecznej nauce o bionice, wciąż nie z kolebki biofizyki.

Miejmy nadzieję, że stworzenie centrum innowacji naukowej w Skolkowie pozwoli zrealizować coś podobnego do "efektu satelitarnego" – otworzyć nowe przełomowe obszary, aby stworzyć nowe materiały i technologie elektroniczne.

Życzymy powodzenia Joresowi Alferovowi jako nadzorcy tego nowego naukowego i technologicznego aglomeratu. Chciałbym mieć nadzieję, że jego energia i wytrwałość będą kluczem do sukcesu tego przedsięwzięcia.

Całe życie – nauka

Naukowcy o Alferovie

Alan Heeger, Nagroda Nobla w dziedzinie chemii (USA): Laureat Nagrody Nobla jest nie tylko tytułem honorowym, lecz także pewnym statusem, dzięki któremu dana osoba otrzymuje możliwość bycia wysłuchanym. Jego opinia jest zaufana zarówno w najwyższych kręgach, jak i zwykłych obywateli. Obowiązkiem naukowca jest edukacja ludności, a nie wyłącznie prowadzenie samotnego życia. Zhores Alferov robi to w twoim kraju. I to jest jego wielka zasługa.

Zasoby Ziemi są wyczerpane.Dla Rosji nie jest to jeszcze tak oczywiste, jak w przypadku innych krajów, które już przeżyły kryzys. Potrzebujemy alternatywnych źródeł energii. Większość zwykłych ludzi postrzega te słowa jako opowieści o horrorze od naukowców. Jeśli ich słuchają, myślą, że problem nie wpłynie na nich, ale prześcignie planetę od wielu pokoleń. Aby przekazać ideę, że tak nie jest, tylko naukowcy mogą to zrobić. Jesienią zostałem zaproszony przez Zhores Ivanovich do Petersburga. To już czwarte spotkanie laureatów Nagrody Nobla i to zasługa Jauresa Alferova. Wykonuje ogromną pracę polegającą na utrzymaniu i promowaniu nauki w swoim kraju.

Ivan Iogolevich, nauczyciel fizyki z Czelabińska, zastępca Cheliabinskiego Zgromadzenia Legislacyjnego: Zhores Ivanovich pracuje nad stworzeniem heterostruktur półprzewodnikowych oraz szybkich elementów opto- i mikroelektronicznych. Wszystko, co mamy dzisiaj w dziedzinie technologii komputerowej, jest w dużej mierze zdeterminowane przez to odkrycie. Jest wykorzystywany w informatyce i na wiele sposobów determinuje rozwój nowoczesnej technologii komputerowej. Pomimo tego, że dokonano tego dość dawno temu, na początku lat 70. Nagroda Nobla została mu przyznana dopiero w 2000 roku, widocznie, ponieważ społeczeństwo dopiero teraz zdało sobie sprawę z jej znaczenia.

Zhores Ivanovich jest założycielem fundacji wspierającej fizyczne i matematyczne szkoły w St. Petersburgu. Ta pozycja jest dla mnie bardzo atrakcyjna, ponieważ naukowiec myśli o młodych ludziach, którzy mogą przyjść do nauki w przyszłości.

Każdy kraj jest dumny ze swoich laureatów. O bezpieczeństwie państwa decyduje również realizowany potencjał intelektualny.


* Strefa zabroniona to zakres wartości energii, których nie może mieć elektron w idealnym (wolnym od wad) krysztale. Charakterystyczne wartości luki pasma w półprzewodnikach wynoszą 0,1-4 eV. Zanieczyszczenia mogą tworzyć pasma w strefie zabronionej – istnieje multizone.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: