14.577.21.0183

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.
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.

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. 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.

Проведены патентные исследования по тематике ПНИЭР за последние 10 лет. Проведенные патентные исследования позволяют сделать выводы о том, что в настоящее время создается физико-химический базис дизайна наноструктурированных материалов, способных работать на плазмонах и поляритонах, способных генерировать терагерцовое излучение, обладающих высоким уровнем оптического насыщения и баллистическим электронным транспортом, которыми можно управлять с помощью электромагнитного излучения. Исследованы существующие методики синтеза фуллерена по методу Хаффмана – Кретчмера а так же предложены подходы к повышению их эффективности. Повышение эффективности метода заключается в оптимизации межэлектродного расстояния, давления и рода буферного газа, диаметра охлаждаемого сборника сажи, силы разрядного тока, некоторого изменения диаметра электродов, конструкции их подачи и охлаждения, придания им вращения. Исследованы существующие и разработана методика выделения фуллеренов из углеродной сажи (в частности, жидкостная хроматография на колонках и жидкостная хроматография высокого давления). Разработаны требования к экспериментальным образцам логических схем (в том числе компьютерной памяти) с применением спиновых транзисторов, работающих в СВЧ диапазоне. Исследованы существующие и разработаны новые методы создания слоистых структур «ферромагнетик – кремний – ферромагнетик» (в частности, «ферромагнетик (Co84 Fe16) – кремний – ферромагнетик (Ni80 Fe20)»). Исследованы сверхпроводящие свойства соединений, содержащих фуллерены, для получения наиболее энергоэффективных материалов. Исследован подход, основанный на легировании твердого C60 атомами щелочных металлов с получением сверхпроводимых фуллеритов. Выявлено, что допирование фуллеренов металлами приводит к сохранению сверхпроводимости при температурах 30-300 К. 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 научнопроизводственным предприятиям, задействованным в производстве высокотехнологичной продукции лучше сориентироваться в вопросе выбора необходимой платформы для создания логических элементов на наноэлементной базе. 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.

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.

 

Разрабатываемые методы позволят в будущем реализовать технологию производства спиновых транзисторов с применением многослойных наноматериалов на базе фуллерена C60. 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.
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.