Квантовые точки, проволоки и плоскости

Одно из промышленных применений нанотехнологий связано с квантовыми точками и плоскостями.

Квантовая плоскость – это многослойная твердотельная структура из тонких пленок различных веществ толщиной в один атом, сложенных одна на другую. Из_за малой толщины пленок в таких структурах начинают проявлять себя квантовые эффекты, которые весьма сильно воздействуют на поведение электронов внутри квантовой плоскости, что позволяет произвольным образом менять физические и химические свойства таких веществ.

Пионером в области создания приборов на таких структурах был русский ученый, академик Жорес Иванович Алферов,ставший в 2002 году Нобелевским лауреатом. Вслед за Нобелевской премией Алферов получил государственную. Его работа “Фундаментальные исследования процессов формирования и свойств гетероструктур с квантовыми точками и создание лазеров на их основе” ознаменовала первый этап нового направления, открывающего широкие перспективы.

Квантовые точки – это крохотные пирамидки в 50_100 атомов одного материала, размещенные на монокристалле другого материала.

Рис 48. Квантовая точка

Размер одной квантовой точки составляет единицы_десятки нанометров. Электронный спектр идеальной квантовой точки соответствует электронному спектру одиночного атома, хотя реальный квантовый объект при этом может состоять из сотен тысяч атомов. Именно по этой причине квантовые точки называют также “искусственными атомами”.

Ввиду малости величины квантовой точки на ее основе можно строить различ-ные полупроводниковые устройства, использующие для своей работы квантовые размерные эффекты.

Лазеры нового поколения, основанные на гетеростуктурах с квантовыми точками, прекрасно работают, подтверждая старую истину, что в науке нет нерушимых догм. Ведь долгое время считалось, что вырастить кристалл с кусочками другого материала внутри без дефектов невозможно. То, что сделалисот рудники лаборатории Ж.И. Алферова, можно смело назвать рево-люцией в лазерной физике. Если раньше ученые, выращивая кристаллы для лазеров, вынуждены были полностью управлять процессом, то теперь ситуация иная – нужная структура растет сама!

“Все дело в новой технологии выращивания материала”,-говорит академик Алферов. – “Традиционно гетероструктурные материалы, например, из арсени-да галия и арсенида индия,получают, накладывая слой за слоем. Много лет назад, начиная эти исследования, мы наносили слои друг на друга вручную. Эта работа требовала огромного внимания и напряжения. Но теперь мы ре-шили эту задачу, и уже сама природа помогает нам получать в процессе выра-щивания различные ансамбли таких квантовых точек. Дело в том, что если правильно подобрать все параметры: температуру, скорость осаждения, со-отношение потоков атомов, то кристалл вырастет без дефектов. И вырастет сам. Это позволяет радикально улучшить свойства полупроводниковых при-боров, скажем, температурную стабильность лазерных диодов”.

Один из участников работы Николай Леденцов, выступая на междунаро-дном семинаре “Нанотехнологии в физике, химии и биотехнологии”, пошутил, что теперь, зная законы роста наноматериалов, можно и поразвлечься: распо-ложить квантовые точки в виде блюдец, сплести бусы из точек, создать боль-шие и маленькие наноостровки. За этой шуткой большое будущее – варьируя расположение квантовых точек, можно изменять и коррек-тировать свойства кристалла.

Квантовые проволоки – это совокупность квантовых точек,нанесенных с помощью сканирующего микроскопа на кристаллическую подложку. Они позво-ляют изменять свойства кристаллов и создавать различные электропроводя-щие пути.