В Новосибирске прошла Школа молодых ученых «Физика и технология квантовых систем»

Школу уже во второй раз проводит Институт физики полупроводников при поддержке Российского научного фонда. На мероприятии ведущие ученые рассказали молодым коллегам о собственных научных результатах и о наиболее актуальных областях современной фундаментальной и прикладной квантовой физики.

«Школьники» представили свои наработки в формате стендовых докладов (которые оценивала экспертная комиссия), предварительно «прорекламировав» их в кратких устных выступлениях. Такие короткие сообщения на 1-3 слайда, в которых молодые ученые максимально сжато и при этом содержательно рассказывают об исследованиях ― одна из отличительных особенностей школы. Для некоторых студентов это был первый опыт академического выступления. В мероприятии участвовали более 70 человек, 49 из них — студенты третьего курса и старше, аспиранты, молодые ученые из вузов и НИИ Томска, Красноярска и Новосибирска.

Курс лекций прочитали исследователи из Института радиотехники и электроники им В.А. Котельникова РАН (Москва), Института физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН (Черноголовка), Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск).

«Все великие открытия в физике совершены, и ее здание стоит на фундаменте, в основе которого лежат законы классической и квантовой механики. Поэтому цель современной физики заключается не в "производстве" великих открытий (их эпоха прошла), а в образовании, то есть в том, чтобы за нами шли поколения людей, которые разбирались бы в законах физики не менее ясно и глубоко. Решению этой задачи и посвящена наша школа.

Но по учебникам физику изучать неинтересно, тогда как бесконечное разнообразие физических явлений и объектов позволяет исследовать закономерности, происходящие в квантовых системах. Вообще говоря, любой физический объект сейчас — квантовая система. Без квантовой механики, особенно в физике конденсированных сред, — не обойтись — это ее язык. Соответственно, и школа у нас называется “Физика и технология квантовых систем”. Программа лекций составлялась с расчетом, чтобы слушателям было интересно, и когда я взглянул на нее, то понял, что действительно так и вышло.

Все лекторы — высококвалифицированные и грамотные исследователи в своей области. Например, о развитии технологии в области квантовых систем — в частности, о выращивании гетероструктур на основе соединений теллурида ртути и кадмия методом молекулярно-лучевой эпитаксии, — прочитал лекцию ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Сергей Алексеевич Дворецкий. Ведь именно эта технология завоевала мир и принесла широкую известность ИФП СО РАН.

Рассказывая о наших работах за границей, я показываю карту Евразии, — в центре Новосибирск, а в радиусе 3000 км вокруг — ничего, ― и называю Новосибирск “точкой безумия”, так как первое предприятие полупроводниковой индустрии, расположенное за пределами указанного радиуса, находится в Китае.

А технология молекулярно-лучевой эпитаксии для создания структур (и, соответственно, квантовых систем) на основе соединений теллурида ртути и кадмия существует в мире только в двух местах: в ИФП СО РАН и в Германии, в Вюрцбургском университете. В структуре важно качество — чистота составляющих ее атомарно-тонких слоев, критерий качества — подвижность носителей заряда. И качество выращиваемых у нас структур оказалось настолько высоким, что многие физики, занимающиеся исследованием поведения квантовых систем, мечтают получить такой материал», — подчеркнул председатель школы, заведующий лабораторией физики низкоразмерных электронных систем член-корреспондент РАН Дмитрий Харитонович Квон.

По сравнению с прошлым годом, организаторы расширили тематику школы, ранее речь шла только об оптике и фотоэлектрике квантовых систем.

«Курс лекций этого года охватывал глубокую фундаментальную физику и появились лекции по технологии квантовых систем. Например, доклады С.А. Дворецкого “Выращивание гетеро- и наноструктур HgCdTe методом МЛЭ”, А.Ю. Миронова “Свойства наноструктурированных сверхпроводящих пленок”, А.А. Шкляева “ Взаимодействие света с покрытиями из частиц субволнового размера при возбуждении в них резонансов Ми”.

Расширение тематики позволило большему количеству человек посетить школу: увеличилось количество слушателей и докладчиков – почти в два раза. Появились новые участники, продолжают приезжать и те, с кем мы познакомились еще на школе молодых ученых “Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем (АППН)-2022”. В наших планах закрепить успех на следующих школах (в 2025, 2026 году), проинформировать больше организаций о возможностях школы», — рассказала секретарь конференции, старший научный сотрудник лаборатории нанодиагностики и нанолитографии ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Екатерина Евгеньевна Родякина.

Мемристоры, магнитные топоизоляторы, двумерные слоистые материалы — о чем говорили «школьники»?

Алексей Владимирович Ненашев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН, лектор школы и член экспертной комиссии, оценивавшей доклады "школьников", поделился мнением о некоторых запомнившихся ему сообщениях:

«Мне показалась интересной работа, которую представлял аспирант ИФП СО РАН Тимур Залялов — про мемристорные структуры TaN/HfO_x/Ni, хотя она далека от научной сферы, которой занимаюсь я. В работе рассказывается, как “посветив” электронным лучом, авторы модифицировали аморфную структуру оксида гафния (HfO_x) — в результате у таких структур улучшаются характеристики. Пороговые напряжения, при которых происходит включение, становятся более стабильными, что повышает и стабильность мемристора, в перспективе это интересно для создания резистивной памяти.

Любопытный доклад магистрантки первого года РЭФ НГТУ Екатерины Кыровой “Исследование морфологии поверхности пленок магнитного топологического изолятора MnBi₂Te₄ на подложках Si(111)”. Благодаря тому, что в пленках есть марганец — магнитный материал, появляется намагниченность и дает подобие присутствия магнитного поля, за счет чего возникает аномальный квантовый эффект Холла. Екатерина с соавторами вырастили материал и исследовали его методом атомно-силовой микроскопии — обычной и магнитной иголкой. Они обнаружили, что есть участки с отклонениями намагниченности, выяснилось, что там формируется соединение Mn-Te вместо Mn-Bi-Te, что дало отклонения от желаемой магнитной однородной пленки. Здесь мне нравится то, что развитие этой темы, возможно, приведёт к улучшению технологии роста этого магнитного топологического изолятора. А материал очень интересный для изучения топологических квантовых эффектов.

Запомнилось сообщение аспиранта Новосибирского госуниверситета Сергея Пономарева “Фазовый переход β⇔β' с температурным гистерезисом в пленках In₂Se₃”. Подобные слоистые двумерные материалы перспективны для создания солнечных батарей, устройств памяти. Оказывается, в In₂Se₃ наблюдается структурная перестройка при определённой температуре от кристаллической модификации β в β', сопровождающаяся изменением сопротивления. Между тем никто толком не знает, что из себя представляет модификация β'. Автор с коллегами получили спектры комбинационного рассеяния света для обеих модификаций, измерили зонную структуру методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) — и спектры, и структура энергетических зон отличаются. А уже по этим данным, сотрудничая с теоретиками, можно попробовать расшифровать кристаллическую структуру фазы β', — пояснил мне Сергей».

Тимур Залялов (слева) и Виталий Альперович (справа)	Екатерина Кырова (справа) и Владимир Хорошилов (слева)	Сергей Пономарев и Виталий Альперович

«На каждой конференции я узнаю что-то новое и главное, — полезное для своей научной работы»

Аспирант Томского государственного университета Олжас Игоревич Кукенов приехал на школу, организованную ИФП СО РАН, в четвёртый раз. Олжас занимается ростом и исследованием структур германий на кремнии методом МЛЭ, на установке «Катунь-100», которую изготовили в ИФП СО РАН.

«Я много слышал об институте от старших коллег. Когда я в 2022 году приехал сюда на школу АППН, то был под большим впечатлением. Тогда мой стенд представлял из себя просто распечатанную презентацию. Здесь я познакомился с директором ИФП СО РАН академиком Александром Васильевичем Латышевым, и он предложил мне пойти на миниэкскурсию в лабораторию, где тоже занимаются молекулярно-лучевой эпитаксией, с использованием сверхвысоковакумного отражательного электронного микроскопа. Он позволяет наблюдать ростовые процессы прямо в режиме реального времени. Я очень хотел туда попасть, но получилось только в следующем году, на школе АППН-2023. Та конференция, помимо экскурсии, запомнилась мне интересным и приятным общением на стендовой сессии с другими исследователями, которые интересовались работой нашего научного коллектива и рассказывали о своей деятельности.

На школу “Оптика и фотоэлектрика квантовых систем” в 2023 году я приехал уже более уверенным, т.к. знал, как все устроено, но на стендовой сессии выяснилось, что недостаточно проработал доклад, не получилось ответить на некоторые вопросы, но мне помогли понять физику процессов и закрыть пробелы в знаниях. Для меня этот опыт был очень полезным.

В этот раз школа сохранила высокий уровень. Мне очень помогли консультации секретаря школы — Екатерины Евгеньевны Родякиной по оформлению документов для поездки. В целом, из года в год школы-конференции Института физики полупроводников проходят на все более высоком уровне.

На каждой конференции я узнаю что-то новое и главное, — полезное для своей научной работы. Например, мне очень понравилась лекция Александра Андреевича Шкляева “Взаимодействие света с покрытиями из частиц субволнового размера при возбуждении в них резонансов Ми”. В нашей научной группе мы планируем дальнейшее развитие структур с Ми резонаторами», — поделился Олжас.

«Ампер-ваттные характеристики (чувствительность) наших структур лучше, чем у фотодиодов, произведенных компанией Хамаматсу»

Аспирантка Новосибирского госуниверситета, Гайсаа Аббас Хамуд, участвовала в школе первый раз. Среди понравившихся лекций она отметила сообщение Сергея Алексеевича Дворецкого, подчеркнув, что принципы метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), о котором упоминал лектор, отчасти похожи на технику высоковакуумного электронно-лучевого осаждения, с помощью которой изготавливались образцы для научной работы Г. Хамуд.

«МЛЭ — дорогой метод, в нашей работе используется более дешевый – электронно-лучевое осаждение. Так, мы исследовали фоточувствительные структуры металл-диэлектрик-полупроводник на основе GeSixOy с барьером Шоттки. В наших структурах нет p-n перехода, а ампер-ваттные характеристики (чувствительность) лучше, чем у фотодиодов с p-n переходом, произведенных компанией Хамаматсу (Hamamatsu photonics)», — пояснила Гайсаа.

«Для меня — это первый опыт стендового доклада и первые тезисы»

Арина Алексеевна Семенкова, представлявшая Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева (Красноярск), тоже приехала на школу впервые. Но ранее исследовательница проходила практику в ИФП СО РАН, в отделе роста и структуры полупроводниковых материалов. Доклад Арины назывался «Исследование интерфейса структуры SiO_x/Si методом спектроскопии потерь энергии отраженных электронов».

«Для меня — это первый опыт стендового доклада и первые тезисы. Я рассказывала о результатах своей магистерской диссертации. Образцы и спектры для исследований нам предоставили в ФИЦ “Красноярский научный центр”, я занималась анализом спектров. А на практике, в Институте физики полупроводников, мне показали установку, с помощью которой получают такие спектры, объяснили принципы работы.

В том, что касается школы — мне понравился лекционный курс — большие, длинные доклады. Я предполагаю, что примерно так выглядит защита кандидатских, докторских диссертаций, то есть, в принципе, я увидела, как живёт научный мир. Мне очень понравился доклад Вадима Михайловича Ковалева “Фотовольтаический эффект Холла в двумерных сверхпроводниках”, в том числе и потому, что лектор — харизматичный, умеет привлекать и удерживать внимание. Другие лекции были интересны для расширения кругозора, для понимания, чем сейчас занимаются исследователи в области полупроводниковых материалов», — отметила Арина.

На школе вручили дипломы за лучшие стендовые доклады молодых ученых, отбор производился экспертной комиссией.

Победителями стали: в студенческой группе ―
Дмитрий Курмачев, Новосибирский госуниверситет, студент, диплом первой степени
Владислав Гумбарг, Новосибирский госуниверситет, студент, диплом второй степени
Эльдар Хаматдинов, Томский госуниверситет, студент, диплом второй степени
Алексей Самусь, Университет Решетнева (Красноярск), студент, диплом третьей степени

группе аспирантов и молодых ученых ― Сергей Пономарев, Новосибирский госуниверситет, аспирант, диплом первой степени
Илья Скворцов, ИФП СО РАН, молодой ученый, диплом второй степени

Лучшие докладчики

Поздравляем победителей!

Курс лекций школы включал 13 сообщений. В них говорилось о принципе Паули в трехмерных топологических изоляторах, о поверхностных и краевых состояниях электронов и плазмонов в дираковских материалах, о фотовольтаическом эффекте Холла в двумерных сверхпроводниках, свойствах наноструктурированных сверхпроводящих пленок и о многом другом.

Пресс-служба ИФП СО РАН
Фото Владимира Трифутина и Чэнь Юйчжу