Регистрация пройдена успешно!
Пожалуйста, перейдите по ссылке из письма, отправленного на
Шапка проекта Навигатор абитуриента
Навигатор абитуриента

Эксперт: мы сделали шаг навстречу более компактной, быстрой электронике

© Фото : НИТУ "МИСиС"Оборудование лаборатории "Сверхпроводящие метаматериалы" НИТУ "МИСиС", занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера
Оборудование лаборатории Сверхпроводящие метаматериалы НИТУ МИСиС, занимающейся изучением метаматериалов и созданием квантового компьтера
Международная группа ученых изобрела новый материал для полупроводников. Какие горизонты открывает перед электроникой это изобретение? Насколько глубоко может проникнуть "умный материал" в наши дома и офисы, как их преобразит? Об этом – ведущий научный сотрудник НИТУ "МИСиС", доктор физико-математических наук Павел Сорокин.

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. 

За кулисами российской науки: как рождаются инновационные изобретения
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяЧертежи космического кресла, созданного коллективом Центра прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС». Центр может производить прототип любой сложности, от микроприбора до спутника или биоорганизма, размер объекта – от микрона до 20 метров.
Чертежи космического кресла
1 из 13
Чертежи космического кресла, созданного коллективом Центра прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС». Центр может производить прототип любой сложности, от микроприбора до спутника или биоорганизма, размер объекта – от микрона до 20 метров.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяТурбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана. Разработка позволяет улучшить рабочие характеристики двигателей, уменьшить вес самолетов и снизить расход топлива. Ожидается, что лопатки будут использоваться в новом российском двигателе ПД-14 для российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21.
Турбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана
2 из 13
Турбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана. Разработка позволяет улучшить рабочие характеристики двигателей, уменьшить вес самолетов и снизить расход топлива. Ожидается, что лопатки будут использоваться в новом российском двигателе ПД-14 для российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяЗащитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС. Костюм не горит в огне (выдерживает температуру до 1200°C), не замерзает при низких температурах (до минус 120°C) и защищает от вредного электромагнитного излучения. Кроме того, материал обладает повышенной прочностью (разорвать экипировку спасателя очень сложно), а также создает защитное магнитное поле, которое бодрит и стимулирует жизненную активность человека.
Защитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС
3 из 13
Защитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС. Костюм не горит в огне (выдерживает температуру до 1200°C), не замерзает при низких температурах (до минус 120°C) и защищает от вредного электромагнитного излучения. Кроме того, материал обладает повышенной прочностью (разорвать экипировку спасателя очень сложно), а также создает защитное магнитное поле, которое бодрит и стимулирует жизненную активность человека.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяСамораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа. СВС – эффективный низкозатратный метод получения широкого диапазона наноматериалов для научных и промышленных применений.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)
4 из 13
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа. СВС – эффективный низкозатратный метод получения широкого диапазона наноматериалов для научных и промышленных применений.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяРабота над созданием первого российского тонкопленочного солнечного элемента на основе перовскита. Элемент позволяет преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%. Более легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания различных устройств в спектре от планшетов до электросетей целых зданий.
Сотрудник Центра энергоэффективности НИТУ МИСиС
5 из 13
Работа над созданием первого российского тонкопленочного солнечного элемента на основе перовскита. Элемент позволяет преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%. Более легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания различных устройств в спектре от планшетов до электросетей целых зданий.
© РИА НовостиБоковая рама тележки грузового вагона после спреерного закаливания. Новая технология повышает предел выносливости и усталостной прочности рамы примерно на 50%. Такие рамы могут работать на десятки лет дольше, что повышает безопасность на железных дорогах.
Боковая рама тележки грузового вагона
6 из 13
Боковая рама тележки грузового вагона после спреерного закаливания. Новая технология повышает предел выносливости и усталостной прочности рамы примерно на 50%. Такие рамы могут работать на десятки лет дольше, что повышает безопасность на железных дорогах.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяСотрудники Лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ "МИСиС" работают над созданием препаратов на основе магнитных наночастиц для ранней диагностики и лечения опухолевых заболеваний.
Лаборатория «Биомедицинские наноматериалы»
7 из 13
Сотрудники Лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ "МИСиС" работают над созданием препаратов на основе магнитных наночастиц для ранней диагностики и лечения опухолевых заболеваний.
© РИА НовостиВизуализация клеточных ядер культуры опухолевых клеток простаты человека при помощи ядерного красителя на оптическом микроскопе.
Визуализация клеточных ядер
8 из 13
Визуализация клеточных ядер культуры опухолевых клеток простаты человека при помощи ядерного красителя на оптическом микроскопе.
© РИА НовостиЭкспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя. Такие усилители успешно применяются для реализации быстрого считывания состояния сверхпроводящих кубитов с высокой достоверностью. Быстрое и достоверное считывание – одна из фундаментальных задач, решение которых необходимо для создания полноценной архитектуры квантовых вычислений.
Экспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя
9 из 13
Экспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя. Такие усилители успешно применяются для реализации быстрого считывания состояния сверхпроводящих кубитов с высокой достоверностью. Быстрое и достоверное считывание – одна из фундаментальных задач, решение которых необходимо для создания полноценной архитектуры квантовых вычислений.
© НИТУ «МИСиС», Андрей ВоронинКриостат, способный охлаждать кубиты до температуры минус 273,1°C. Охлаждение кубитов позволяет избавиться от тепловых шумов и наблюдать квантовые явления.
Криостат
10 из 13
Криостат, способный охлаждать кубиты до температуры минус 273,1°C. Охлаждение кубитов позволяет избавиться от тепловых шумов и наблюдать квантовые явления.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяПлавильная индукционная печь и пирометр, измеряющий температуру дистанционно. Приборы используются для получения экспериментальных образцов аморфных и нанокристаллических сплавов с хорошими магнитными свойствами. Такие образцы могут, например, использоваться в качестве сердечников трансформаторов.
Плавильная индукционная печь и пирометр
11 из 13
Плавильная индукционная печь и пирометр, измеряющий температуру дистанционно. Приборы используются для получения экспериментальных образцов аморфных и нанокристаллических сплавов с хорошими магнитными свойствами. Такие образцы могут, например, использоваться в качестве сердечников трансформаторов.
© РИА НовостиПолучение образцов аморфной структуры сплава на основе железа путем заливки из жидкого состояния на медный вращающийся диск при температуре 1400°C.
Плавильная индукционная печь
12 из 13
Получение образцов аморфной структуры сплава на основе железа путем заливки из жидкого состояния на медный вращающийся диск при температуре 1400°C.
© НИТУ «МИСиС», Мария БродскаяЗапатентованная высокоэкономичная технология получения оксида алюминия высокой чистоты позволит обеспечить сырьем отечественных производителей монокристаллических корундов – основного элемента светодиодов и защитных стекол современных гаджетов.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа.
13 из 13
Запатентованная высокоэкономичная технология получения оксида алюминия высокой чистоты позволит обеспечить сырьем отечественных производителей монокристаллических корундов – основного элемента светодиодов и защитных стекол современных гаджетов.
1 из 13
Чертежи космического кресла, созданного коллективом Центра прототипирования высокой сложности НИТУ «МИСиС». Центр может производить прототип любой сложности, от микроприбора до спутника или биоорганизма, размер объекта – от микрона до 20 метров.
2 из 13
Турбина двигателя, оснащенная инновационными лопатками из интерметаллида титана. Разработка позволяет улучшить рабочие характеристики двигателей, уменьшить вес самолетов и снизить расход топлива. Ожидается, что лопатки будут использоваться в новом российском двигателе ПД-14 для российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21.
3 из 13
Защитный костюм нового поколения для сотрудников МЧС. Костюм не горит в огне (выдерживает температуру до 1200°C), не замерзает при низких температурах (до минус 120°C) и защищает от вредного электромагнитного излучения. Кроме того, материал обладает повышенной прочностью (разорвать экипировку спасателя очень сложно), а также создает защитное магнитное поле, которое бодрит и стимулирует жизненную активность человека.
4 из 13
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) в порошке оксида железа. СВС – эффективный низкозатратный метод получения широкого диапазона наноматериалов для научных и промышленных применений.
5 из 13
Работа над созданием первого российского тонкопленочного солнечного элемента на основе перовскита. Элемент позволяет преобразовывать энергию солнечного излучения в электрическую с КПД выше 15%. Более легкие, гибкие и дешевые панели солнечных батарей на основе перовскитов будут использоваться для зарядки и электропитания различных устройств в спектре от планшетов до электросетей целых зданий.
6 из 13
Боковая рама тележки грузового вагона после спреерного закаливания. Новая технология повышает предел выносливости и усталостной прочности рамы примерно на 50%. Такие рамы могут работать на десятки лет дольше, что повышает безопасность на железных дорогах.
7 из 13
Сотрудники Лаборатории «Биомедицинские наноматериалы» НИТУ "МИСиС" работают над созданием препаратов на основе магнитных наночастиц для ранней диагностики и лечения опухолевых заболеваний.
8 из 13
Визуализация клеточных ядер культуры опухолевых клеток простаты человека при помощи ядерного красителя на оптическом микроскопе.
9 из 13
Экспериментальный чип джозефсоновского параметрического усилителя. Такие усилители успешно применяются для реализации быстрого считывания состояния сверхпроводящих кубитов с высокой достоверностью. Быстрое и достоверное считывание – одна из фундаментальных задач, решение которых необходимо для создания полноценной архитектуры квантовых вычислений.
10 из 13
Криостат, способный охлаждать кубиты до температуры минус 273,1°C. Охлаждение кубитов позволяет избавиться от тепловых шумов и наблюдать квантовые явления.
11 из 13
Плавильная индукционная печь и пирометр, измеряющий температуру дистанционно. Приборы используются для получения экспериментальных образцов аморфных и нанокристаллических сплавов с хорошими магнитными свойствами. Такие образцы могут, например, использоваться в качестве сердечников трансформаторов.
12 из 13
Получение образцов аморфной структуры сплава на основе железа путем заливки из жидкого состояния на медный вращающийся диск при температуре 1400°C.
13 из 13
Запатентованная высокоэкономичная технология получения оксида алюминия высокой чистоты позволит обеспечить сырьем отечественных производителей монокристаллических корундов – основного элемента светодиодов и защитных стекол современных гаджетов.
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?  

Преобразователь тока, построенный на одноатомных транзисторах
Физики из Беркли создали первые транзисторы толщиной в атомГрафен и двумерные пленки из молибдена помогли физикам создать первые в мире "плоские" транзисторы толщиной в атом, которые в будущем позволят ускорить компьютеры в десятки раз.
– 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? 

Так художник представил себе бутерброд из графена и одноатомных слоев кальция
Физики нашли способ превратить графен в сверхпроводникАмериканские физики обнаружили, что графен можно превратить в сверхпроводящую материю, изучая свойства "бутербродов" из одноатомных слоев углерода и кальция.
– 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. 


Рекомендуем
Массаж
Ученые поняли, что в людях меняет лечебный массаж
Дети играют в детском саду
Ученые выяснили, когда у человека появляется чувство справедливости
Лента новостей
0
Сначала новыеСначала старые
loader
Онлайн
Заголовок открываемого материала
Чтобы участвовать в дискуссии
авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
loader
Чаты
Заголовок открываемого материала