Bir metalin bir dielektrik haline dönüştürülmesi 03.05.2017

Ekonomi Yüksek Okulu'ndan ve Jyväskul Nanocenter'dan (Finlandiya) araştırmacılar, ilk kez bir metal nanotelde kuantum boyutu etkisini deneysel olarak gösterdiler. Keşfedilen etki evrenseldir ve ultra küçük nanoelektronik sistemler tasarlanırken dikkate alınmalıdır.

Çalışma, bizmuttan yapılmış bir metal nanotelin elektrik direncinin, çapını azaltma sürecinde monoton olmayan bir şekilde nasıl değiştiğini ve ardından nesneyi dielektrik (yalıtkan) bir duruma aktararak keskin bir şekilde nasıl arttığını göstermektedir. Bilim adamlarına göre, kuantum boyutu etkileri temel bir fenomenle ilişkilidir - elektronların enerji spektrumunun nicelenmesi. Ve sadece son derece küçük boyutlu nesnelerde gözlemlenebilir.

"Yük taşıyıcı genellikle bir elektrondur ve kesin konumunu belirlemek imkansızdır, ancak belirli bir alanda olma olasılığını biliyoruz. Bu olasılık bir kuantum mekanik dalga fonksiyonu ile tanımlanır ve her dalganın kendi karakteristik ölçeği vardır. - Dalga boyu," diye açıklıyor ortak yazarların araştırmalarından biri. - Yani, boyutları bu dalganın dalga boyu ile karşılaştırılabilir bir iletken yaparsak, sistemin özelliklerinde niteliksel bir değişiklik olacaktır. bu durumda, enerji seviyelerinin kuantizasyonundan, yani sürekli spektrumun iyi tanımlanmış seviyelere bölünmesinden bahsediyoruz.Ayrıca, doldurulmuş enerji durumlarını doldurulmamış olanlardan ayıran Fermi seviyesi olarak adlandırılır. iletkenin miktarı azalır, enerji seviyeleri bu eşik değerine göre kaymaya başlar ve son dolu seviye Fermi seviyesini geçtiği anda numune metalikten yalıtkan duruma geçer. ve bizim durumumuzda kuantum boyut etkisinin özü budur."

Nanoteller "test denekleri" olarak seçilmiştir, çünkü tel herhangi bir elektrik devresinin temelidir ve örnek olarak ince bir film de incelenmiştir. Kuantum boyutu etkilerini (QSE) incelemek için çeşitli yöntemler vardır. İlkinde, aynı numunenin boyutu tutarlı bir şekilde küçültülür; ikincisinde, farklı boyutlarda birkaç numune kullanılır.

Araştırmacılar, "daha temiz" deneyle eşleştiğini düşündükleri için ilkini seçtiler. Bu durumda asıl sorun, yapıya zarar vermeyecek şekilde küçültme göreviydi. Nanoyapıların boyutları, bir soy gazın (argon) yönlendirilmiş bir iyon demeti ile aşındırılarak azaltıldı, böylece yüzey "taşlandı". Yüzey pürüzlülüğünün yaklaşık 1 nanometre (yaklaşık iki atomik katman) olduğu optimal işleme modu bulundu. Bu durumda, en küçük tel çapı yaklaşık 40 nm idi ve başlangıç ​​çapı yaklaşık 300 nm idi. Numunelerin kendileri, oldukça standart bir elektron ışını litografisi ve yönlü vakum biriktirme işlemi kullanılarak üretildi. Numuneler yapıldıktan ve dikkatlice kontrol edildikten sonra, ölçümler için en iyileri seçildi. Daha sonra, iyon aşındırma ve ölçüm döngüsü, yapının başarısız olduğu (yani, yırtıldığı) bir sınıra kadar inceldiği ana kadar birçok kez tekrarlandı.

"Çalışmanın ana sonucu, bu aziz metal-yalıtkan geçişinin sadece teorisyenlerin hesaplarında değil, deneysel olarak da gözlemlenebilmesiydi. Daha önceki çalışmalarda bu sonuç ince filmlerde elde edilmişti, bunun için girişimler de vardı. nanotellerde, ancak çok başarılı değil.Bu nedenle, çalışmamızın metal bir iletkende kuantum boyut etkisini deneysel olarak gösteren ilk çalışmalardan biri olduğunu söyleyebiliriz.Kuantum boyut etkisi, kesinlikle yeterli herhangi bir sistemde bulunması gereken evrensel bir olgudur. küçük boyutlar. Böylece, araştırmamız (nano)elektronik devrelerin elemanlarının minyatürleştirilmesindeki temel sınırlamaları belirlemeyi mümkün kılıyor."