ФІЗИКА ПОВЕРХОНЬ. ДВОВИМІРНА ЕЛЕКТРОННА РІДИНА

Дослідження різних процесів і явищ на поверхнях речовини ведуться вже давно. Але за останні десятиліття в цій галузі отримано значні успіхи. Особливості станів атомів, електронів, кристалічних дефектів на поверхні і поблизу неї можуть призводити до виникнення нових фаз і переходів між ними в плівках товщиною 10 ~ 7 -10 ' 8 см.

До проблем фізики поверхонь дуже близько примикає ще одна тема - дослідження двовимірної електронної рідини в рамках фізики систем зі зниженою розмірністю. Тут йде мова про реалізацію дуже тонкого провідного шару (товщиною ~ 10 ' 6см), де рух електронів обмежена в вертикальному напрямку. Такі системи мають знижену (обмежену) розмірність і називаються двовимірними. У приладобудуванні вони складають основу транзисторів з високою рухливістю електронів НЕМТ (High-electron-mobility transistor). Через низькі шумів ці транзистори використовують як чутливих вхідних каскадів в стільникових телефонах. Можливі й одновимірні системи, що представляють собою довгі і тонкі нитки. Їх дослідження теж інтенсивно ведеться, хоча успіхи тут поки скромні.

Цілочисельний квантовий ефект Холла був виявлений Клаусом фон Клітцінг (р. 1943) в 1980 році при проведенні вимірювань на кремнієвих польових транзисторах. У досить сильному магнітному полі (В ~ 20 Тл) і при дуже низьких температурах (Г ~ 8 мк) на залежності опору Холла R H від магнітного поля виявляються виразні «щаблі», тобто R u приймає квантовані значення, які визначаються тільки фундаментальними постійними. За це відкриття К. фон Клітцінг в 1985 р була присуджена Нобелівська премія з фізики.

У 1982 р в двовимірному електронному газі (фактично рідини) був відкритий дробовий квантовий ефект Холла.

Американські вчені Деніел ЧіЦуі (р. 1939), Хорст Людвіг Штермер (р. 1949) і А. Госсард в ході досліджень в лабораторії компанії «Bell» показали, що можуть існувати і дробові значення опору Холла, при цьому знаменники дробів завжди непарні. Теорія, яка пояснює це явище, спирається на ідею Роберта Беттс Лафлін (р. 1950) про те, що в сильних магнітних полях, в тонкій двовимірної плівці утворюються специфічні квазічастинки, що складаються з електрона і трьох квантів магнітного потоку. Про те, що магнітний потік квантів, добре відомо. Але тут виникає абсолютно неймовірна ситуація - електрон обмінним чином утворює «дивний» симбіоз з квантами магнітного потоку! Досвід показав, що це дійсно так. Більш того, ці квазічастинки конденсуються, утворюючи « Лафлиновского рідина». Ця несподівана для вчених особливість двовимірної системи і пояснює дробовий квантовий ефект Холла. Р. Лафлін, X. Штермер і Д. Цуї - лауреати Нобелівської премії з фізики 1998 р

Особливістю і величезною перевагою штучних наноструктур перед багатьма природними твердими тілами стало те, що в них можна відносно легко реалізовувати широкий комплекс властивостей, нерідко вельми незвичайних, для різного роду технічних застосувань. Крім того, досліджуючи такі структури, вдається заглянути в світ, розмірність якого відрізняється від звичної розмірності нашого простору. З вищесказаного стає ясно, що низькорозмірні системи стануть основною матеріальною базою мікроелектроніки і оптоелектроніки XXI ст.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >