Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения слоистой структуры на базе фуллерена C60 для создания логических схем (в том числе компьютерной памяти) с применением спиновых транзисторов, работающих в СВЧ диапазоне

Номер контракта: 14.577.21.0183

Руководитель: Ушаков Петр Архипович

Должность: Профессор кафедры "Конструирование радиоэлектронной аппаратуры"

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
нанотехнологии наноматериалы спинтроника спиновый транзистор слоистая структура ферромагнетик спиновая поляризация фуллерен углерод 60 компьютерная память

Цель проекта:
В настоящее время в Российской Федерации принята концепция опережающего развития в области нанотехнологий, основанная на генерации новых знаний в наиболее перспективных областях науки и техники и создании принципиально новых материалов, реализующих новые для промышленности физические или физико-химические принципы функционирования материалов и устройств. Именно такие принципы и продукты их реализации в виде технологий и изделий могут быть защищены российскими и международными патентами как неотъемлемая интеллектуальная собственность РФ с высоким потенциалом коммерциализации. В общемировом масштабе в настоящее время одним из важнейших направлений развития компьютерной техники является направление миниатюризации различных логических элементов за счет чего достигает снижение стоимости, энергопотребления и повышение быстродействия и надежности вычислительных систем. Одним из актуальных подходов к миниатюризации логических элементов является подход, основанный на применении нанотехнологий для производства материалов и отдельных логических элементов. Настоящий проект направлен на исследование возможности применения многослойных наноматериалов на базе фуллерена C60 для создания спиновых транзисторов и последующей организации на их базе модулей компьютерной памяти (так называемой «быстрой» памяти — ОЗУ) и элементов логических схем. Научная новизна предлагаемой научной работы состоит в комплексном исследовании проблемы организации логических схем, компьютерной памяти и, в совокупности, вычислительных устройств на базе наноматериалов. Планируется получить несколько уникальных результатов, связанных с технологией изготовления наноматериалов, технологией получения фуллеренов (в том числе, связанных с подходами к увеличению эффективности существующих технологий получения фуллеренов), технологией создания слоистых структур «ферромагнетик — фуллерен — ферромагнетик» и конструкций на их основе. Цели: - Разработка методов создания спиновых транзисторов с применением многослойных наноматериалов на базе фуллерена C60. - Разработка подходов к созданию модулей компьютерной памяти (ОЗУ) и элементов логических схем на базе спиновых транзисторов. Планируется получить несколько уникальных результатов, связанных с технологией изготовления наноматериалов, технологией получения фуллеренов (в том числе, связанных с подходами к увеличению эффективности существующих технологий получения фуллеренов), технологией создания слоистых структур «ферромагнетик — фуллерен — ферромагнетик» и конструкций на их основе. Предлагаемые исследования практически не имеют общемировых аналогов - исследования в данном направлении проводятся лишь несколькими (не более пяти) группами ученых по всему миру. Для Российской Федерации предлагаемые исследования являются уникальными и необходимыми для вывода российской теоретической и практической физики в общемировые лидеры.

Основные планируемые результаты проекта:
Планируется получить несколько уникальных результатов, связанных с технологией изготовления наноматериалов, технологией получения фуллеренов (в том числе, связанных с подходами к увеличению эффективности существующих технологий получения фуллеренов), технологией создания слоистых структур «ферромагнетик — фуллерен — ферромагнетик» и конструкций на их основе.
Предлагаемые исследования практически не имеют общемировых аналогов - исследования в данном направлении проводятся лишь несколькими (не более пяти) группами ученых по всему миру. Для Российской Федерации предлагаемые исследования являются уникальными и необходимыми для вывода российской теоретической и практической физики в общемировые лидеры.
Результаты исследования найдут применение в проектировании вычислительных устройств следующих поколений — микропроцессоров с технологическим процессом менее 14 нм. (т. е. лучшим по сравнению с имеющимся в распоряжении у лидеров рынка и в десятки раз лучшим по сравнению с имеющимся у российских компаний), оперативной памяти следующего поколения, высокоскоростных линий передачи данных.
Непосредственными результатами ПНИЭР являются:
- методы создания слоистых структур «ферромагнетик — кремний — ферромагнетик» (в частности, «ферромагнетик (Co84 Fe16) — кремний — ферромагнетик (Ni80 Fe20)»);
- методы создания слоистых структур на базе фуллерена различной структуры (в частности, бакминстерфуллерена - фуллерена C60);
- методы синтеза фуллерена (в частности, метод Хаффмана — Кретчмера) и подходы к повышению их эффективности, специфичные для данного проекта;
- методы выделения фуллеренов из углеродной сажи (в частности, будет исследована жидкостная хроматография на колонках и жидкостная хроматография высокого давления);
- результаты исследования сверхпроводящих свойств соединений, содержащих фуллерены;
- методы создания спиновых транзисторов на базе слоистых структур;
- методы создания логических схем на базе спиновых транзисторов;
- результаты исследования методов создания компьютерной памяти;
- математическое, алгоритмическое, программное обеспечения программного комплекса моделирования слоистых структур и фуллеренов;
- математическое, алгоритмическое, программное обеспечения программного комплекса проектирования спиновых транзисторов;
- экспериментальные образцы фуллеренов;
- экспериментальные образцы слоистых структур на основе фуллеренов;
- экспериментальные образцы спиновых транзисторов на основе фуллеренов;
- результаты анализа данных экспериментальных исследований логических схем на базе спиновых транзисторов;
- техническое задание на проведение ОКР по созданию технологии производства спиновых транзисторов с применением многослойных наноматериалов на базе фуллерена C60;
- рекомендации по реализации результатов ПНИЭР в реальных секторах экономики.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Результаты исследования найдут применение в проектировании вычислительных устройств следующих поколений — микропроцессоров с технологическим процессом менее 14 нм. (т. е. лучшим по сравнению с имеющимся в распоряжении у лидеров рынка и в десятки раз лучшим по сравнению с имеющимся у российских компаний), оперативной памяти следующего поколения, высокоскоростных линий передачи данных.
2. Научная новизна предлагаемой научной работы состоит в комплексном исследовании проблемы организации логических схем, компьютерной памяти и, в совокупности, вычислительных устройств на базе наноматериалов. Планируется получить несколько уникальных результатов, связанных с технологией изготовления наноматериалов, технологией получения фуллеренов (в том числе, связанных с подходами к увеличению эффективности существующих технологий получения фуллеренов), технологией создания слоистых структур «ферромагнетик — фуллерен — ферромагнетик» и конструкций на их основе.
3. Предлагаемые исследования находятся на переднем крае мировой науки. Исследования в данном направлении проводятся лишь несколькими (не более пяти) группами ученых по всему миру. Для Российской Федерации предлагаемые исследования являются уникальными и необходимыми для вывода российской теоретической и практической физики в общемировые лидеры.
4. Среди уникального научного оборудования – комплексная система измерений Nanotest600, анализатор наноструктур DC24000CPS, бесконтактный оптический профи-лометр NewView6300, атомноабсорбционный спектрофотометр AA-7000F, анализатор во-дорода G8GALILEO, лазерный рамановский спектрометр HORIBA Jobin Yvon HR800, люминисцентный спектрометр LS55, диференциальный термический анализатор DTG-60H и др., имеется испытательный полигон.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Разрабатываемые методы позволят в будущем реализовать технологию производства спиновых транзисторов с применением многослойных наноматериалов на базе фуллерена C60. Аналогичные работы ведутся в США, Японии и других странах, однако в настоящее время говорить о высокой степени проработки конкурентных решений рано. Полученные в ходе выполнения работы результаты моделирования и исследования позволят современным научно-производственным предприятиям, задействованным в производстве высокотехнологичной продукции лучше сориентироваться в вопросе выбора необходимой платформы для создания логических элементов на наноэлементной базе.
2. Использование оригинальных специализированных комплексов, разработанных в данной ПНИЭР позволит создать типовое решение для отечественной промышленности, что позволит сократить сроки ввода аналогичных производств с 2-3 лет до 1 года.
3. Методические разработки данной работы могут быть использованы при подготовке бакалавров и магистров в условиях реформирования системы высшего профессионального образования.
4. Разрабатываемые основы технологии новых наноматериалов, планируемое в последующем их производство должны обеспечить:
- расширение области технического знания о способах связи нанообъектов и микро- и макрообъектов;
- расширение области научного и технического знания о слоистых структурах «ферромагнетик — кремний — ферромагнетик» (в частности, «ферромагнетик (Co84 Fe16) — кремний — ферромагнетик (Ni80 Fe20)»);
- расширение области научного и технического знания о применении в составе слоистых структур различных видов фуллерена различной структуры (в частности, бакминстерфуллерена - фуллерена C60);
- расширение области научного и технического знания о синтезе фуллерена (в частности, о методе Хаффмана — Кретчмера) и о повышении эффективности методов синтеза;
- расширение области научного и технического знания о выделении фуллеренов из углеродной сажи (в частности, будет исследована жидкостная хроматография на колонках и жидкостная хроматография высокого давления);
- расширение области научного и технического знания о сверхпроводящих свойствах соединений, содержащих фуллерены, для получения наиболее энергоэффективных материалов (в частности, будет исследован подход, основанный на легировании атомами щелочных металлов с получением сверхпроводимых фуллеритов (RbCs2C60 и других));
- расширение области научного и технического знания о создании спиновых транзисторов на базе слоистых структур;
- расширение области научного и технического знания о создании логических схем на базе спиновых транзисторов;
- расширение области научного и технического знания о создании компьютерной памяти.
4. Разрабатываемые методики и технологические решения, в случае использования последних в целях коммерциализации проекта, обладают неоспоримыми преимуществами, ввиду отсутствия на сегодняшний день достаточно проработанных конкурентных разработок. Неосвоенность рыночной ниши как у нас в стране, так и за рубежом позволит в кратчайшие сроки выйти на самоокупаемость продуктов.

Текущие результаты проекта:
1. Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
2. Патентные исследования в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
3. Исследование существующих и разработка новой методики синтеза фуллерена по методу Хаффмана – Кретчмера и подходы к повышению их эффективности.
4. Исследование существующих и разработка новой методики выделения фуллеренов из углеродной сажи (в частности, жидкостная хроматография на колонках и жидкостная хроматография высокого давления).
5. Разработка требований к экспериментальным образцам логических схем (в том числе компьютерной памяти) с применением спиновых транзисторов, работающих в СВЧ диапазоне.
6. Исследование существующих и разработка новых методов создания слоистых структур «ферромагнетик – кремний – ферромагнетик» (в частности, «ферромагнетик (Co84 Fe16) – кремний – ферромагнетик (Ni80 Fe20)»).
7. Исследование сверхпроводящих свойств соединений, содержащих фуллерены, для получения наиболее энергоэффективных материалов (в частности, должен быть исследован подход, основанный на легировании твердого C60 атомами щелочных металлов с получением сверхпроводимых фуллеритов (RbCs2C60 и других)).