Молодой ученый Института физики полупроводников РАН в процессе исследования квантовых точек на основе нитрида галлия (GaN) вместе с коллегами впервые обнаружил необычный эффект обратимости их формирования.

На пресс-конференции, организованной Сибирским отделением РАН, ученые новосибирских НИИ прокомментировали Нобелевские премии-2023 года и рассказали о работах по этим тематикам, ведущихся в Новосибирском научном центре.

Младший научный сотрудник, аспирант Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН Ян Евгеньевич Майдэбура погрузил слушателей в мир нанотехнологий, представив доступное объяснение значимости работ, сделанных лауреатами премии по химии: «Три выдающихся ученых внесли существенный вклад в развитие нанотехнологий: они открыли и создали квантовые точки, дали возможность их довольно просто получать и исследовать. Мунги Бавенди и Луис Брюс участвовали в разработке метода простого синтеза квантовых точек, а наш соотечественник Алексей Екимов открыл само явление. Хотя квантовые точки были предсказаны еще в 1937 году, открыл и описал их именно Алексей Екимов, о чём была опубликована его статья в соавторстве с коллегой Aлексеем Онущенко в журнале “Письма в ЖЭТФ” в 1981 году».

Чтобы оценить значимость открытия нобелиатов, нужно понять, что такое квантовая точка: «Это полупроводниковый объект, но очень малого размера. Если проводить аналогии, то квантовая точка настолько же меньше футбольного мяча, насколько последний меньше земного шара. В одну квантовую точку могут входить сотни или тысячи разных атомов, а свойства квантовых точек ― электрофизические, термические, оптические ― меняются в зависимости от размера.

Нобелевские лауреаты работали над разными квантовыми точками: Бавенди и Брюс ― над коллоидными квантовыми точками. Алексей Екимов занимался эпитаксиальными квантовыми точками. Их получают в результате процесса эпитаксии ― наращивания одного кристаллического материала на другой. Такие квантовые точки сложнее синтезировать, но с ними получаются лучшие результаты для ряда исследовательских и прикладных применений».

Квантовые точки сегодня используются для создания полноцветных дисплеев QLED ― это, наверное, самое известное их применение. QLED ― Quantum-dot Light Emitting Diode ― светодиод с квантовыми точками. Также они рассматриваются для реализации кубитов в квантовых вычислениях, перспективно использование квантовых точек в медицине.

«Учёные ИФП СО РАН работают в основном с эпитаксиальными квантовыми точками. По этой тематике проводят исследования в научных группах заведующего лабораторией члена-корреспондента РАН Анатолия Васильевича Двуреченского, заведующего лабораторией кандидата наук Валерия Владимировича Преображенского и других. Область моих научных интересов ―нитрид-галлиевые квантовые точки, исследования ведутся под руководством заведующего лабораторией доктора наук Константина Сергеевича Журавлева. Нитрид галлия выделяется среди материалов, на основе которых синтезируют квантовые точки: его особенность в широкой запрещённой зоне, что дает преимущества, позволяющие создавать, к примеру, светоизлучающие приборы глубокого ультрафиолетового диапазона. А также источники одиночных фотонов, работающие при комнатной температуре», ― продолжил Ян Майдебура.

Для традиционных источников одиночных фотонов требуется охлаждение до криогенных температур. Поэтому источники на основе нитрид-галлиевых квантовых точек особенно интересны, но пока синтез этих материалов весьма дорог.

«Вместе с коллегами я работаю над тем, чтобы создать простой метод синтеза и получать значимые как для фундаментальной, так и прикладной науки результаты. Мы выяснили, что формирование нитрид-галлиевых квантовых точек происходит нетипичным образом. Чтобы объяснить этот механизм, мы разработали качественную кинетическую модель, которая позволила описать механизмы формирования квантовых точек GaN. Более того, на основе модели мы предложили, а после (в экспериментах) впервые обнаружили необычный эффект обратимости формирования квантовых точек GaN: тонкий слой нитрида галлия без квантовых точек преобразуется в материал с квантовыми точками, а затем можно провести обратное преобразование. Модель так же предлагает способы для контролируемого получения квантовых точек GaN, что особенно важно для практического применения», ― подчеркнул Ян Майдебура.

Результаты работы научной группы опубликованы в высокорейтинговых научных журналах Applied Surface Science и Applied Physics Letters.

Источник: пресс-служба ИФП СО РАН.