Российские физики создали чип на базе нанотехнологий

Физики из института им Лебедева создали чип с использованием нанотехнологий. Ученые надеются, что разработка может найти применение в компьютерах и лазерах

.

Созданный исследователями Физического института им. П.Н.Лебедева объект выглядит как металлическая пленка на подложке из кремния. Чип состоит из волноводных линий, подводящих СВЧ-излучение, резонатора и сверхпроводящей структуры, содержащей нанометровые тоннельные переходы. Сверхпроводящая структура — основа разработки института — играет роль искусственного атома.

Кольцо всевластья современного мира

• По словам учёных, в искусственных атомах частота излучения лежит намного ниже частоты видимого света, и генераторы таких частот могут найти применение в компьютерах. Если же использовать пленку из высокотемпературного сверхпроводника, то частота излучения может быть повышена ещё на 1–2 порядка и попадёт в терагерцовый диапазон. А он, в свою очередь, очень перспективен с прикладной точки зрения: спектроскопия в ТГц-диапазоне может применяться в самых разных областях – от обнаружения взрывчатых, наркотических веществ и токсикантов до медицинской экспресс-диагностики по выдыхаемому человеком воздуху.

http://nanodigest.ru/…view/516/50/

Ученые создали искусственный атом с широкими перспективами практического применения

МОСКВА, 25 мая – Сверхпроводящий чип, играющий роль искусственного атома, создали учёные Физического института им. П.Н.Лебедева РАН (ФИАН) в сотрудничестве с японскими коллегами. Теперь человек может формировать уровни энергии, отличные от тех, что созданы природой в атомах, перечисленных в таблице Менделеева

Об этом сообщили в ФИАНе.

«В отличие от обычных, искусственные атомы с заранее заданными свойствами можно изготавливать на чипе, – рассказал один из авторов пионерской разработки, научный сотрудник Физического института Юрий Пашкин. – Из-за больших, по сравнению с обычными атомами, размеров искусственные атомы намного сильнее взаимодействуют с электромагнитным излучением. В конечном счёте, такой атом можно использовать как элемент технического устройства, например, квантового генератора».

• Действующий прототип прибора, созданного специалистами ФИАН и исследовательской лаборатории корпорации Nippon Electric Corporation (NEC), представляет собой металлическую плёночную структуру на обычном кремниевом чипе. Объект состоит из различных элементов. Это волноводные линии, подводящиe и отводящие СВЧ-излучение, резонатор, а также островковая сверхпроводящая структура, содержащая нанометровые тоннельные переходы. Именно этот «островок» и играет роль искусственного атома.

«Практическая польза от этого весьма существенна для науки, – говорит сотрудник корпорации NEC Олег Астафьев. – Достаточно сказать, что на таком одиночном "искусственном атоме» может быть создан лазер с беспороговым режимом лазерной генерации".

http://www.itar-tass.com/level2.html?…

Российские и японские учёные создали сверхпроводящую структуру со свойствами единичного атома

Учёные Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) в сотрудничестве с японскими коллегами сумели создать сверхпроводящий чип, воспроизводящий «работу» единичного атома, и даже продемонстрировать с его помощью целый ряд квантовых эффектов, в том числе лазерную генерацию

• Действующий прототип прибора, разработанного в исследовательской лаборатории корпорации NEC, где по контракту трудятся сотрудники ФИАНа, представляет собой металлическую плёночную структуру на обычном кремниевом чипе. Изготовлен он методом электронной литографии — напылением под различными углами алюминиевых плёнок через германиевую маску, сформированную реактивным ионным травлением. Объект довольно сложный, состоящий из различных элементов: волноводных линий, подводящих и отводящих СВЧ-излучение, резонатора и островковой сверхпроводящей структуры, которая содержит нанометровые туннельные переходы.

.

Именно этот островок можно назвать искусственным атомом. Аналогия с атомом состоит в том, что для помещенного сюда заряда, куперовской пары или одиночного электрона возникают дискретные уровни энергии.

• При этом состояния, которые способны занимать заряды, могут быть заранее сконструированы исследователем.

Искусственный атом, построенный на базе сверхпроводящей петли (иллюстрация авторов работы) >>>

«В отличие от обычных искусственные атомы с заранее заданными свойствами можно изготавливать на чипе, — рассказывает один из авторов работы Юрий Пашкин. — Расстояние между уровнями энергии может задаваться в широком диапазоне — например, напряжением или магнитным полем. Из-за больших по сравнению с обычными атомами размеров искусственные куда сильнее взаимодействуют с электромагнитным излучением. Эти свойства позволяют изучать на чипе квантовую оптику в предельном случае, когда оптическая среда сведена к одиночному атому».

• Изменяя параметры искусственного атома и его связь с внешними элементами, учёные могут формировать «свои» уровни энергии, отличные от тех, что созданы природой в элементах, перечисленных в таблице Менделеева. Создав такой атом, его можно использовать как элемент технического устройства — к примеру, квантового генератора. Для этого нужно обеспечить так называемую инверсную заселённость, то есть сделать так, чтобы заселённость верхнего энергетического уровня превышала заселённость уровня, лежащего ниже.

Такой эксперимент уже проведён.

«Активная оптическая среда в виде одиночного атома когерентно связана с СВЧ-резонатором, — объясняет сотрудник NEC Олег Астафьев. — Инверсная заселённость в искусственном атоме создавалась путём пропускания постоянного тока (токовая накачка). Когда скорость генерации фотонов атомом превышала скорость их затухания в резонаторе, в нём происходило накопление и излучение фотонов, которое затем усиливалось и детектировалось. Сильная связь атома с резонатором здесь, в отличие от обычных лазеров и мазеров, приводит к беспороговому режиму лазерной генерации».

Излучение обычных лазерных устройств формируется в широком спектральном диапазоне, включая оптический. В искусственных атомах частота излучения намного ниже частоты видимого света (в общем случае она зависит от размера энергетической щели сверхпроводника). Так, первое созданное устройство, где сверхпроводником служит плёнка алюминия со сверхпроводящей щелью размером около 0,2 МэВ, работает на частоте около 0,01 ТГц. Генераторы подобных частот могут найти применение в компьютерах на основе сверхпроводящих элементов (в том числе и квантовых), так как легко сочетаются с ними. Если же использовать пленку из высокотемпературного сверхпроводника, то частота излучения может быть повышена на 1–2 порядка, и тогда она попадёт в терагерцевый диапазон.

• Этот диапазон представляет собой промежуточную область, труднодоступную как для классических способов генерации излучения, так и для квантово-оптических способов (лазеров). Однако с её освоением связан целый класс чрезвычайно важных прикладных задач. Спектроскопия в ТГц-диапазоне может применяться в самых разных областях — от обнаружения взрывчатых, наркотических веществ и токсикантов до медицинской экспресс-диагностики по выдыхаемому человеком воздуху.

«Терагерцевый диапазон освоен слабо, — отмечает руководитель отдела высокотемпературной сверхпроводимости и наноструктур ФИАНа Владимир Пудалов. — И вот найден способ, как подойти к нему со всей изящностью. Лет пятнадцать назад физики научились создавать искусственные атомы и смотреть, как в них живёт отдельный электрон, два электрона, три, многоэлектронная система. Но то была игра, теперь же получился работающий прибор. Это исключительный успех».

Дмитрий Целиков

http://science.compulenta.ru/533942/?…

Физический институт им. П.Н.Лебедева