Коллаборация российских исследователей под руководством специалистов Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН займется изучением физики квантовых эффектов как основы для элементной базы вычислительной техники будущего. Проведение масштабных работ в этой области стало возможным благодаря победе проекта ИФП СО РАН «Квантовые структуры для посткремниевой электроники», представленного на конкурс Минобрнауки России по приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ.

Заведующий лабораторией ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Георгий Сидоров у установки сборки фотоприемных устройств

«Развитие цифровой экономики, роботизации, квантовой криптографии требует от электроники увеличения быстродействия, энергоэффективности, скорости и безопасности передачи данных. Функциональные пределы привычной кремниевой элементной базы скоро будут достигнуты, поэтому сейчас во всем мире идет поиск структур, которые работали бы на новых физических принципах, в частности ― с использованием квантовых эффектов. Мы займемся синтезом таких материалов, исследованием их свойств, и наши результаты в дальнейшем могут стать точками роста для электроники будущего.
По всем направлениям развития проекта у нас есть обширный задел: это касается как технологических, так и научных наработок. Исследовательские результаты участников нашей команды по тематикам, заявленным в проекте, опубликованы в высокорейтинговых научных журналах ― Nature, Physical Review Letters и других», ― объясняет руководитель проекта, директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик Александр Васильевич Латышев.

Проект рассчитан на три года, совокупный объем финансирования ― 300 миллионов рублей. Запланированы исследования по нескольким направлениям, среди которых: разработка систем для передачи информации с помощью одиночных фотонов, что обеспечивает защищенность и большой объем транслируемых данных; изучение топологических изоляторов и создание на их основе прототипов устройств; поиск новых материалов для создания сверхчувствительных сенсоров, самообучающихся нейроморфных систем с минимальным энергопотреблением; разработка наноструктур для совершенных фотоприемных устройств и каскадных лазеров в терагерцовом диапазоне.

Заведующий лабораторией ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Владимир Селезнев у установки наноимпринт литографии

«Если, например, говорить о топологических изоляторах: мы будем работать с двумерными структурами на основе теллуридов кадмия-ртути, а также соединений свинца-олова-теллура. Оба материала широко исследуются во всем мире, в связи с перспективой создания на их основе приборов, работающих на новых физических принципах. Например, спинтронных устройств, в которых перенос информации происходит при помощи спина электрона, а не заряда, как это осуществляется в традиционной электронике. За счет этого возможен большой выигрыш в скорости обработки и передачи информации, энергопотреблении, миниатюризации.
Другое применение теллуридов кадмия-ртути ― это разработка различных оптико-электронных приборов. Вместе с коллегами из Института физики микроструктур РАН мы планируем создавать излучатели для терагерцового диапазона, используя структуры с квантовыми ямами на основе теллурида кадмия-ртути. Терагерцовое излучение «просвечивает» многие материалы, не ионизируя и не разрушая их, и может использоваться в диагностической медицине, системах безопасности.
Наноструктуры с прогнозируемыми свойствами будут выращиваться в ИФП СО РАН, а исследоваться, теоретически и экспериментально, ― совместно всеми участниками проекта. Нужно отметить, что в области создания структур состава кадмий-ртуть-теллур, фотоприемных устройств, наши ученые обладают квалификацией, технологиями и разработками высочайшего уровня» ― комментирует ответственный исполнитель проекта, заместитель директора по научной работе ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Александр Германович Милёхин.

У специалистов ИФП СО РАН накоплен большой опыт работы и в области спинтроники: они с учеными из других институтов РАН синтезируют необходимые материалы и исследуют их свойства.

Научный сотрудник ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Дмитрий Рогило настраивает высокоразрешающий электронный микроскоп

Более того к концу 2020 года в институте появится необходимое аналитическое оборудование, которое позволит изучать зонную структуру и электронную поляризацию в твёрдых телах ― физические основы спинтроники. Ранее такие установки были доступны только в других научных центрах, преимущественно зарубежных. ИФП СО РАН обновляет приборную базу на средства, выигранные в грантовом конкурсе Минобрнауки России, осуществляемом в рамках федерального проекта «Развитие передовой инфраструктуры для проведения исследований и разработок в РФ» нацпроекта «Наука».

В числе участников проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» ― Институт физики микроструктур РАН, Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Новосибирский государственный университет и Санкт-Петербургский государственный университет.

«Этот проект создает площадку для коммуникации между научными группами: хотя мы сотрудничаем давно, но для проведения интенсивных совместных исследований требуется финансирование. Сейчас эта проблема решена, и мы можем объединить наши компетенции, использовать сильные стороны всех участников, что позволит получить прорывные результаты», ― добавляет Александр Латышев.

Надежда Дмитриева,
Пресс-служба ИФП СО РАН

Фото Виктора Яковлева, ИФП СО РАН