Регистрация / Вход
Прислать материал

Электронный транспорт и спиновые явления в наноструктурах

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.5072
Организация
ООО НТЦ "ФИЗИМПЭКС"
Руководитель работ
Мирлин Александр Давидович
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Внебюджетные средства
0 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе

Этапы проекта

1
20.07.2009 - 30.09.2009
1.1. Проведение предварительных расчетов, оценки степени сложности задач.
1.2. Анализ необходимости разработки
дополнительных методов исследований.
1.3. Организация и проведение 3
дискуссионных семинаров (число участников не менее 20 чел., продолжительность не менее 1 дня).
Развернуть
2
01.10.2009 - 15.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № 2
«ОСНОВНОЙ»
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 20 июля 2009 г. № 02.740.11.5072.


Шифр: 2009-1.5-508-008-012
Период выполнения этапа 1 октября 2009 г. - 15 декабря 2009 г.
Исполнитель: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "ФИЗИМПЭКС" ФТИ Иоффе", 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.26
Цель работы Разработка базовых теоретических представлений в области квантового транспорта в наноструктурах для использования в создании новых нанотехнологий и приборов современной микро- и наноэлектроники, обеспечение развития устойчивого и эффективного взаимодействия с российскими учеными, работающими за рубежом, закрепление их в российской науке и образовании, использование их опыта, навыков и знаний для развития отечественной системы науки, образования и высоких технологий.
1. Наименование разрабатываемой продукции

Разрабатываемая научно-техническая продукция будет включать новые базовые представления, теоретические предсказания и объяснения явлений, новые методы и подходы к проблемам в области квантового транспорта в наноструктурах, а также расчеты характеристик наноструктур, а именно:

1. теория проводимости реалистичных одномерных структур (квантовых проволок и нанотрубок) с нелинейным спектром в присутствии крупномасштабного беспорядка, когда характерная длина, на которой изменяется рассеивающий потенциал, намного превышает длину волны электронов на уровне Ферми.
2. описание эффекта Ааронова-Бома в квантовом одноканальном кольце в рамках модели Латтинжера, включая зависимость кондактанса от температуры и магнитного потока, пронизывающего кольцо и обобщенные результаты для расчета сбоя фазы в системе взаимодействующих киральных одномерных каналов (краевые состояния системы, находящейся в режиме квантового эффекта Холла).
3. описание процессов релаксации в неравновесной латтинжеровской жидкости, в том числе, обусловленные электрон-фононным рассеянием, включая время энергетической релаксации (эквилибрации) электронной функции распределения, время сбоя фазы в неравновесной системе, а также статистику прохождения заряда (в частности, кондактанс и шум) через квантовую проволоку в присутствии трехмерных фононов.
4. описание динамики спина в режиме сильной локализации с учетом обменного взаимодействия.
5. описание спиновой релаксации двумерных электронов в полумагнитных полупроводниках c учетом флуктуаций эффективного магнитного поля, действующего на электрон и спиновой расфазировки,
6. описание коллективных спиновых мод в полумагнитных полупроводниках, включающие возбуждения как электронного спина, так и спина магнитных ионов.
7. исследование влияние магнитного поля на спин-зависимое туннелирование через одно- и двух- барьерные гетероструктуры с учётом спинового расщепления Дрессельхауза.
8. характеристика транспортных свойств графена, выращенного на подложке из карбида кремния.
9. построение фазовой диаграммы для спин-холловского изолятора в бесщелевых полупроводниках с дираковским спектром носителей (на основе HgTe).
10. теория циклотронного резонанса в графене.
11. описание влияния электрон-электронного взаимодействия на транспортные свойства дираковских фермионов в графене, включая расчеты проводимости графена как функции температуры, химического потенциала и размера системы с учетом взаимодействия и различных типов беспорядка.
12. Отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на этапе 2, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
  На этапе 2 достигнутые результаты:
1. Разработаны дополнительные методы проведения исследований и теоретических моделей для решения научных задач, предусмотренных проектом. В ходе работы развита техника бозонизации одномерных фермионов в состоянии неравновесия.
2. теоретически изучены коллективные неоднородные спиновые возбуждения и механизмы затухания электронного спина в разбавленных магнитных полупроводниках, помещенных в магнитное поле.
3. изучено влияние сильных примесей на электронный транспорт в нелегированном графене.
4. Подготовлено две кандидатские диссертации.
5. Организованы и проведены 7 рабочих и 1 научно-образовательный семинар. Подготовлен второй научно-образовательный семинар.

Полученные результаты соответствуют требованиям задания.

  2.2 Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.

В рамках данного проекта используется ряд современных методов теоретической физики, многие из которых разработаны при участии приглашаемого исследователя ̶ проф. А.Д. Мирлина. При расчетах транспортных свойств одномерных систем применяется метод функциональной бозонизации. Для анализа неравновесных явлений в одномерных наноструктурах в комбинации с функциональной бозонизацией используется техника Келдыша, формализм квантового кинетического уравнения, а также ряд теоретических методов, основанных на технике функций Грина.

2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.

  Развита техника бозонизации одномерных фермионов в состоянии неравновесия. При этом использован формализм действия в представлении Келдыша, а неравновесные функции Грина выражаются через одночастичные функциональные детерминанты класса Фредгольма-Теплица.
Для исследования спиновой динамики в режиме целочисленного квантового эффекта Холла привлечены численные методы.

2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.

На отчетном этапе проекта подготовлено 13 публикаций и две кандидатские диссертации.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов.

В перспективе результаты исследований должны сыграть важную роль в создании новых нанотехнологий и приборов современной микро- и наноэлектроники. В частности, нанопроволоки должны стать ключевыми элементами наноэлектронных структур. Графен и углеродные нанотрубки, наряду с другими областями применения, рассматриваются как основа новой углеродной наноэлектроники. Спиновые эффекты будут использованы в новом поколении электронных полупроводниковых приборов, таких как спиновые полевые транзисторы, спиновые фильтры, магнитные биполярные диоды и т.д. Кроме того, результаты исследований найдут непосредственное применение в широком круге дальнейших задач современной теоретической физики. В частности, техника бозонизации одномерных фермионов может быть использована в различных задачах,связанных с неравновесными сильно-коррелированными одномерными системами включая статистику шумов, квантовое многочастичное запутывание, квантовые проволоки с несколькими каналами, структуры, образованные кревыми состояниями целочисленного и дробного квантового эффекта Холла и системы холодных атомов.

3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.

Исследования, предусмотренные в настоящем проекте, носят, в основном, фундаментальный характер. С целью внедрения результатов исследований в образовательный процесс на этапе 2 проекта выполнено семь дискуссионных семинаров по теме проекта с участием ведущих специалистов по электронному транспорту и спиновым явлениям в низкоразмерных системах и наноструктурах. Кроме того проведён научно-образовательный семинар «физика полупроводниковых наноструктур» с привлечением учёных ФТИ им А.Ф.Иоффе (С. Петербург), и института физики полупроводников (Новосибирск), а также аспирантов, студентов и молодых специалистов.

3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.

Результаты исследований выполненных на этапе 2 проекта должны сыграть важную роль в создании новых нанотехнологий и приборов современной микро- и наноэлектроники, а также , обеспечение развития устойчивого и эффективного взаимодействия с российскими учеными, работающими за рубежом, закрепление их в российской науке и образовании, использование их опыта, навыков и знаний для развития отечественной системы науки, образования и высоких технологий. На отчетном этапе достигнуты поставленные в техническом задании показатели:
• все 12 исследователей – исполнителей НИР опубликовали работы в рамках НИР в высокорейтинговых российских и зарубежных журналах,
• подготовлены 2 кандидатские диссертация,
• организовано 7 научных дискуссионных рабочих семинаров и один научно-образовательный семинар. На семинарах был затронут широкий круг вопросов физики полупроводниковых наноструктур: неравновесные спиновые волны в парамагнитных металлах, квантовые поправки к проводимости, особенности фотонных квазикристаллов, сжатые состояния в системах с квадратичным гамильтонианом, резонансы Ааронова-Бома в квантовом кольце, переключение квантовых состояний акустическими солитонами, транспорт через латинжеровскую жидкость с плавным беспорядком.

4. Выводы

Работы, выполненные на этапе 2 «Основной» проекта, удовлетворяют условиям государственного контракта, задания, календарного плана.

Руководитель работ по проекту
ведущий научный сотрудник
доктор физ.-мат. наук В.Ю. Качоровский
Развернуть
3
01.01.2010 - 31.03.2010
3.1. Сравнение развитых теоретических
моделей с имеющимися экспериментальными данными.
3.2. Организация 3 рабочих научных
семинаров (число участников не менее 20 чел., продолжительностью не менее 1 дня) и 1 научно-практического семинара-конференции с привлечением экспериментаторов и технологов (число участников не менее 30 чел., продолжительность не менее 2 дней).
3.3. Анализ важности результатов для
различных приложений и новых технологий.
3.4. Технико-экономическая оценка
рыночного потенциала полученных
результатов и проведение, при
необходимости, патентных исследований.
Выработка конкретных предложений по
использованию результатов на рынке
наукоемкой продукции.
Развернуть
4
01.04.2010 - 01.09.2010
4.1. Проведение дополнительных работ по тем направлениям проекта, в которых
обсуждение с технологами и
экспериментаторами показали необходимость дополнительных исследований.
4.2. Обобщение полученных результатов,
написание заключительных статей и
формирование отчета.
4.3. Организация и проведение серии из 6 итоговых научно-образовательных семинаров для студентов и аспирантов по тематике проекта (число участников не менее 20 чел., продолжительность не менее 1 дня).
4.4. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.5 Проведение научных исследований коллективами под руководством приглашенных исследователей
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
2,1 млн
Организация
ИНХ СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
0,7 млн
Организация
ИНХ СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
2,2 млн
Организация
ИТФ им Л.Д.Ландау РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Организация
МТЦ СО РАН
профинансировано
Тема
Нанокластерированные ферромагнитные материалы для приборов полупроводниковой спиновой наноэлектроники.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Технологии выращивания и электронные свойства комбинированных наноструктур для оптоэлектронных и магнитных устройств.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследование процессов эпитаксиального роста гетероструктур для источников излучения в глубоком УФ-диапазоне (260 – 300 нм) и электронных и оптических явлений в таких структурах.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6,3 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка лабораторных технологий получения и методик комплексного исследования органических и неорганических наноструктур, углеродных нанотрубок с использованием рентгеновского и электронного рассеяния, атомно-силовой и электронной микроскопии.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Электронный атлас изображений нанообъектов, наноструктур и наноматериалов и методические рекомендации по его использованию в образовательном процессе при подготовке кадров
Продолжительность работ
2008 - 2009, 12 мес.
Бюджетные средства
14 млн
Количество заявок
2