Секция «Физика твердого тела» Международной студенческой конференции (МНСК) в Институте физики полупроводников собрала 40 докладчиков со всей России. Результаты исследований представили студенты Новосибирского государственного университета, Московского физико-технического института, Санкт-Петербургского госуниверситета, Томского госуниверситета, Томского политехнического университета, Московского института электронной техники, Уральского федерального университета, Дальневосточного федерального университета, Белгородского государственного университета, Кемеровского государственного университета.
Двадцать девять молодых исследователей выступили очно, семеро — онлайн, кроме того, четыре доклада были представлены в форме заочного участия.
Организаторами секции стали ее председатель Дмитрий Александрович Похабов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ФФ НГУ, старший научный сотрудник лаборатории №24 ИФП СО РАН и ответственный секретарь секции, Даниил Игоревич Сарыпов, инженер-исследователь лаборатории №24 ИФП СО РАН, аспирант НГУ.
Пленарный доклад секции от кандидата физико-математических наук старшего научного сотрудника ИФП СО РАН Виталия Анатольевича Ткаченко был посвящен полупроводниковому искусственному графену. В докладе раскрывались данные об ожидаемых и фактических минизонных эффектах в затворно-управляемом полупроводниковом искусственном графене.
Традиционно по итогам выступлений на секции экспертная комиссия выбрала лучших докладчиков — победителей и призеров МНСК.
Поздравляем дипломантов I степени:
Игоря Андреевича Бетке, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Нерушев О.А., Институт теплофизики СО РАН)
Дмитрия Александровича Егорова, студента 2 курса магистратуры НГУ (руководитель Похабов Д.А., ИФП СО РАН)
Тимура Маратовича Ибятова, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Шевырин А.А., ИФП СО РАН)
Дмитрия Андреевича Курмачева, студента 2 курса магистратуры НГУ (руководитель Квон Зе Дон, ИФП СО РАН)
Дмитрия Андреевича Щербакова, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Милёхин И.А., ИФП СО РАН)
дипломантов II степени:
Марию Андреевну Абрамову, студентку 3 курса ДВФУ, онлайн доклад (руководитель Мараров В.В., ДВФУ)
Никиту Сергеевича Гришина, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Гайдук А.Е., ИФП СО РАН)
Владиславу Богдановну Калинину, студентку 3 курса бакалавриата НГУ (руководитель Капогузов К.Е., ИФП СО РАН)
Святослава Дмитриевича Красина, студента 4 курса бакалавриата МФТИ (руководитель Радкевич А.А.)
Ладу Сергеевну Кузнецову, студентку 2 курса магистратуры НГУ (руководитель Швец В.А.)
Владислава Владимировича Плетнёва, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Терещенко О.Е.)
дипломантов III степени:
Арину Дмитриевну Беспалову, студентку 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Селезнев В.А., ИФП СО РАН)
Ван Ляньсян, студента 1 курса магистратуры НГУ (руководитель Смагина Ж.В., ИФП СО РАН)
Софью Максимовну Иванову, студентку 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Стёпина Н.П., ИФП СО РАН)
Илью Николаевича Ляпустина, студента 4 курса бакалавриата НГУ (руководитель Мансуров В.Г., ИФП СО РАН)
Дмитрия Максимовича Милюшина, студента 2 курса магистратуры НГУ (руководитель Мутилин С.В., ИФП СО РАН)
Никиту Алексеевича Миронова, студента 2 курса магистратуры НГУ (руководитель Гайдук А.Е., ИФП СО РАН)
Заместитель директора Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН по научной работе доктор физико-математических наук Александр Германович Милёхин, открывая конференцию, обратился с приветственным словом к молодым ученым.
Он обратил внимание на то, что отрасль микро- и наноэлектроники продолжает процветать несмотря на трудности производства микросхем из-за уменьшения размера транзисторов до минимально возможного (приближения к физическому пределу).
«Мы видим, что пессимистические сценарии развития электроники не реализуются. Да, минимальные размеры транзисторов остаются прежними, но интегральные схемы растут вверх, как города: производители уходят от планарной технологии к 3D. Появляются нейроморфные системы, которые работают по принципу человеческого мозга, устройства, работающие на законах квантовой физики. Мы всё чаще слышим о посткремниевой электронике: той которая базируется на новых материалах, например, на сложных полупроводниковых слоистых гетероструктурах, на сверхизоляторах, сверхпроводниках, гибридных структурах. Такая электроника призвана обеспечить резкий рост производительности компьютеров, которые отражают уровень развития нашего общества. А движущей силой этого прогресса должны стать вы — сегодняшние студенты, аспиранты, будущие академики и нобелевские лауреаты!», — воодушевил участников Александр Милёхин.
Председатель секции Дмитрий Похабов отметил стабильно высокий уровень докладов на конференции. Большинство докладчиков — из Новосибирского государственного университета, иногородние участники, как правило, представляют результаты онлайн: «Мы проводим предварительный научный отбор поступающих тезисов и, конечно, предлагаем студентам из близлежащих регионов приехать лично. К сожалению, не у всех есть такая возможность, но онлайн докладчики участвуют в конкурсе на равных. Так, в этом году, студентка Дальневосточного федерального университета Мария Абрамова, представившая онлайн сообщение, стала дипломанткой второй степени».
Дмитрий добавил, что значительная часть докладов сделана студентами кафедры физики полупроводников физического факультета НГУ, базовым институтом для которой выступает ИФП СО РАН. Поэтому такие сообщения хорошо демонстрируют срез научных направлений института: «Первый крупный тематический блок нашей секции включал доклады, связанные с электронным транспортом в мезоскопических, топологических и сверхпроводящих системах. Следующий раздел собрал пул докладов, посвященных, в основном, диоксиду ванадия, в которых обсуждались резистивные и электрооптические переключения, метаматериалы и фазовые переходы.
Третий блок раскрывал особенности и область применения оптических и спектроскопических методов — от диагностики графена и наночастиц до изучения оптических констант плёнок и наноантенн, четвертый модуль отличался разнообразием и включил сообщения, связанные с молекулярной динамикой, с исследованием эпитаксиальных структур, их приборных характеристик. Сюда же вошли и большинство онлайн докладов от участников из европейской части России».
Для многих студентов устный доклад на конференции — возможность представить свои результаты накануне защиты дипломной работы и даже впервые выступить перед большой и взыскательной аудиторией.Электронные водовороты
Дмитрий Александрович Егоров, дипломант I степени, магистрант второго года физического факультета НГУ поделился результатами экспериментального исследования «течения» электронной жидкости в полупроводниковых структурах на основе арсенида галлия. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22-12-00343-П).
Студент рассказал, как можно «увидеть» электронные вихри с помощью сравнительно простых транспортных измерений без применения сложного оборудования.
В очень чистых образцах при низких температурах, когда длина свободного пробега электронов больше размеров образца, электроны сталкиваются только с его стенками. При подъеме температур заметно усиливается роль межчастичных столкновений, и электронная система начинает вести себя как вязкая жидкость, способная закручиваться в вихри, подобные водоворотам — это гидродинамический режим. В такой жидкости могут возникать стационарные вихри, похожие на водовороты в реке. Раньше их наблюдали в графене и других экзотических материалах с помощью сложных зондовых методов (NV-магнитометрии, SQUID-датчика — сверхпроводящего квантового интерферометра).
Дмитрий Егоров с коллегами стали первооткрывателями электронных вихрей в структурах на основе распространённого полупроводника — арсенида галлия.
«В классических и хорошо изученных полупроводниковых структурах на основе арсенида галлия электронные вихри раньше не регистрировали. Мы впервые сделали это, причём с помощью обычных транспортных измерений: пропускали ток по каналу и изучали поведение потенциала внутри полости. Мы показали, что отрицательное сопротивление в такой геометрии — явный признак вихря. Преимущество нашего подхода в том, что для него не нужны сложные сканирующие методики. Наши измерения можно выполнить в любой современной лаборатории, где есть криостат и стандартная аппаратура для электрофизических измерений»
Авторы работали с образцами, в которых были сделаны круглые полости диаметром 8, 16 и 24 мкм. Дмитрий Егоров провел большую часть этапов эксперимента. Студент разрабатывал шаблоны для литографии — по сути чертежи будущих микроструктур с каналами и круглыми полостями, подготавливал образцы, проводил низкотемпературные электрофизические измерения и последующую обработку данных, а затем вместе с коллегами участвовал в обсуждении полученных результатов.
«Меня впечатлила красота гидродинамической аналогии. Удивительно, что электроны в полупроводнике при определённых условиях начинают вести себя как классическая вязкая жидкость. Это неожиданное соединение гидродинамики и физики электронного транспорта предстало в виде яркого и наглядного эффекта — настоящих электронных водоворотов, которые нам удалось зарегистрировать. Любопытно, что условие образования электронного вихря регулируется одним единственным физическим параметром, и мы показываем, что эта зависимость универсальна для полостей разного размера», — отметил Дмитрий Егоров.
Кубиты на основе джозефсоновских цепочек
Святослав Красин, студент 4 курса бакалавриата Московского физико-технического института, выпускник СУНЦ НГУ рассказал, что знаком с конференцией МНСК еще со школы — принимал участие в девятом классе. А в статусе студента приехал впервые и стал дипломантом II степени.
Научная работа Святослава посвящена построению теоретической модели для описания кубита на основе цепочки джозефсоновских контактов.
Кубит — это единица информации в квантовом компьютере. В отличие от привычного бита, который принимает значения или «0», или «1», кубит может одновременно быть и «0», и «1», с определённой вероятностью. Джозефсоновский контакт — квантовое устройство, состоящее из двух сверхпроводников, разделенных тонким изолирующим или несверхпроводящим слоем (обычно толщиной в несколько нанометров). Цепочка джозефсоновских контактов включает их около десяти тысяч.
«Современные квантовые вычисления требуют создания стабильных и масштабируемых кубитов. Один из вариантов — делать их на основе джозефсоновских цепочек. Цепочку можно представить, как линию передачи. Эксперименты с такими архитектурами квантовых сетей начались еще с 2017-2018 годов. Наша задача была построить четкую теоретическую модель и исследовать фазовый переход Шмида в такой цепочке и конкретизировать какой параметр нужно измерять, чтобы определить фазовый переход. В частности, один из способов определения — через коэффициент отражения от кубита.
В результате мы построили теоретическую модель и с помощью методов диаграммной техники показали, как связаны вклады по частотам в запаздывающем отклике», — рассказал Святослав.
Запаздывающий отклик кубита — то, как он реагирует на внешний сигнал. Это происходит не мгновенно, а с задержкой, зависящей от частоты СВЧ-импульса, поданного на кубит. Это важно для учёта потерь энергии в среде. По коэффициенту отражения сигнала от кубита можно определить, в каком он находится состоянии. Фазовый переход Шмида фиксирует резкую смену поведения кубита при определённых параметрах. При этом кубит переключается между «сверхпроводящей» и «изолирующей» фазами, что сильно меняет его отклик.
Результаты работы Святослава могут быть полезны для проектирования более надёжных схем считывания в квантовых процессорах. Кроме того, работа даёт оценки реальных размеров устройств (минимальной длины волновода — не менее миллиметра), что полезно при проектировании устройств.
Аморфные пленки оксида германия для просветляющих покрытий
Для Валерии Ляминой, выпускницы СУНЦ НГУ, студентки 4 курса бакалавриата НГУ выступление на МНСК было первой столь крупной презентацией научных результатов. Исследовательница экспериментально определила оптическую щель плёнок оксида германия GeOx (полученных методом импульсного лазерного осаждения) с разным содержанием кислорода (0<x<2), используя спектры пропускания и отражения света, проанализировала наличие кластеров германия, находила край оптического поглощения, работая с моделью Тауца.
Пленки оксида германия можно использовать в оптических элементах или просветляющих покрытиях.
«Главный достигнутый результат — выявление систематического занижения значений края поглощения по сравнению с теоретическими предположениями. Для плёнок, содержащих много германия, это может быть связано с наличием нанокластеров аморфного германия. А для плёнок, богатых кислородом, это может быть связано с ограничением измеряемого диапазона пропускания и отражения (190–2500 нм): для более корректной аппроксимации необходим более коротковолновый участок (менее 190 нм)», — отмечает Валерия. Исследование впервые охватило столь широкий диапазон составов GeOx.
Международная студенческая конференция прошла в 64-й раз и собрала школьников, студентов, молодых ученых со всей России и дальнего зарубежья. Это крупнейшая молодёжная конференция Сибири и вторая по численности молодёжная конференция СНГ для студентов, аспирантов, молодых ученых и школьников.
Пресс-служба ИФП СО РАН
Фото Владимира Трифутина
Больше фото здесь