Коллектив ученых ЮФУ впервые выявил эффект аномального поведения атомов вещества, осаждаемых на поверхность полупроводниковых подложек в присутствии атомов алюминия в условиях капельной эпитаксии. Это открывает путь к новым перспективным исследованиям наноструктурных веществ.

По словам доцента Института нанотехнологий, электроники и приборостроения и по совместительству руководителя проекта Максима Солодовника, капельная эпитаксия — это интересная методика технологии молекулярно-лучевой эпитаксии, когда вещества наращиваются друг на друга послойно. В ходе этого первоначально формируются наноразмерные капли металла, которые затем, если в этом есть необходимость, выдерживаются в потоке молекул мышьяка или другого похожего элемента, что приводит к превращению капель в наноструктуры различного типа. Это позволяет контролировать структуру отдельных молекул и управлять ею.

«Такая технология очень перспективна для задач квантовых коммуникаций и вычислений. Приступая к исследованию, мы ожидали, что использование слоев с различным содержанием атомов алюминия (AlGaAs) позволит нам уменьшить размер молекул, как это происходит при обычной эпитаксии. Однако на практике мы обнаружили обратный эффект, что, в общем-то, стало неожиданностью для нас — вещества, наслаиваясь, только увеличили объем структур», — поделился Максим Солодовник.

Чтобы объяснить данный эффект, ученые разработали математическую модель на основе метода Монте-Карло, с помощью которой наблюдали за поведением атомов в условиях, максимально приближенных к экспериментальным.

Суть метода заключается в том, что рассматриваемый процесс описывается математической моделью с использованием генератора случайных величин, модель многократно обсчитывается, на основе полученных данных вычисляются вероятностные характеристики.

«Детальное изучение протекающих процессов с помощью симуляций подтвердило, что в условиях капельной эпитаксии химическая активность атомов алюминия может проявлять себя иначе», — рассказал Сергей Балакирев, к.т.н., ассистент ИНЭП ЮФУ, также принимающий участие в реализации проекта.

Совокупность теоретических и экспериментальных данных позволила предложить физически обоснованное объяснение наблюдаемому эффекту.

«Обнаруженный эффект не только объясняет природу протекающих процессов на поверхности полупроводниковых подложек, но и дает возможность продвинуться в развитии эпитаксиальной технологии. Кроме того, в перспективе, данный эффект можно использовать как дополнительный управляющий параметр — ведь мы, потенциально, можем менять состав слоев, сохраняя при этом размер наноструктур», — заключил Максим Солодовник.

Экспериментальные зависимости влияния параметро...

Экспериментальные зависимости влияния параметров роста на процессы формирования наноструктур для поверхностей с различным содержанием алюминия

Данный эффект расширяет возможности управления свойствами наноструктур, поскольку изменение их состава и размера неизбежно приводит к изменению других параметров (например, длины волны поглощения или излучения). Исследование ученых ЮФУ позволяет продвинуться в области технологии создания устройств квантовой связи, которую практически невозможно взломать, и квантовых компьютеров, обладающих огромной вычислительной мощностью в ряде задач по сравнению с обычными компьютерами.

Результаты получены в рамках проекта Российского научного фонда №19-79-10099 «Новые подходы в капельной эпитаксии наноструктур А3В5» и опубликованы в научном журнале Nanotechnology.