reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© grzegorz-kula-dreamstime.com Nauka | 29 stycznia 2014

Solotronika – elektronika oparta na pojedynczych atomach

Na Wydziale Fizyki UW wytworzono i zbadano nowego typu struktury, w tym pierwsze na ┼Ťwiecie kropki kwantowe z pojedynczymi jonami kobaltu. Materia┼éy i pierwiastki u┼╝yte do budowy tych struktur pozwalaj─ů wskaza─ç nowe kierunki rozwoju solotroniki.

Ostatnie lata zwiastuj─ů powstanie nowej elektroniki ÔÇô solotroniki ÔÇô korzystaj─ůcej z kwantowych lub klasycznych w┼éa┼Ťciwo┼Ťci pojedynczych atom├│w. Wydzia┼é Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego do┼é─ůczy┼é do w─ůskiego grona instytucji, w kt├│rych tego typu technologie mog─ů by─ç realizowane samodzielnie ÔÇô od etapu planowania nowych struktur, przez wytworzenie, charakteryzacj─Ö, po optyczne sterowanie pojedynczymi jonami w p├│┼éprzewodnikach. Uk┼éady elektroniczne operuj─ůce na poszczeg├│lnych atomach wydaj─ů si─Ö naturaln─ů konsekwencj─ů post─Öpuj─ůcej miniaturyzacji. Zachowanie pojedynczych atom├│w mo┼╝na kontrolowa─ç ju┼╝ dzi┼Ť, umieszczaj─ůc je w specjalnych strukturach p├│┼éprzewodnikowych. Tak powstaj─ů m.in. kropki kwantowe z pojedynczymi jonami magnetycznymi. W ┼Ťwiatowych laboratoriach by┼éy one znane tylko w dw├│ch odmianach. Fizykom z Instytutu Fizyki Do┼Ťwiadczalnej Wydzia┼éu Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW) uda┼éo si─Ö jednak wytworzy─ç i przebada─ç dwa nowe rodzaje tych struktur. Materia┼éy i pierwiastki u┼╝yte do ich budowy pozwalaj─ů przypuszcza─ç, ┼╝e w przysz┼éo┼Ťci sprz─Öt solotroniczny ma szans─Ö si─Ö upowszechni─ç. Przekr├│j kropek kwantowych opracowanych, skonstruowanych i przetestowanych w Instytucie Fizyki Do┼Ťwiadczalnej Wydzia┼éu Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Kolorem czerwonym oznaczono jon (kobaltu lub manganu) o w┼éasno┼Ťciach magnetycznych (symbolizowanych przez strza┼ék─Ö). Kolor ┼╝├│┼éty reprezentuje kropk─Ö kwantow─ů (odpowiednio z tellurku kadmu lub selenku kadmu). Na niebiesko wyr├│┼╝niono warstw─Ö p├│┼éprzewodnika zabezpieczaj─ůc─ů kropk─Ö kwantow─ů. (┼╣r├│d┼éo: ┬ę FUW) - Kropki kwantowe, czyli p├│┼éprzewodnikowe kryszta┼éy rozmiar├│w miliardowych cz─Ö┼Ťci metra, s─ů tak ma┼ée, ┼╝e elektrony w ich wn─Ötrzach przebywaj─ů tylko w stanach o okre┼Ťlonych energiach. Kropka ma wi─Öc podobne cechy co atom ÔÇô i podobnie jak atom, mo┼╝na j─ů pobudza─ç ┼Ťwiat┼éem do wy┼╝szych stan├│w energetycznych, by potem obserwowa─ç ┼Ťwiecenie towarzysz─ůce powrotom do stan├│w o mniejszych energiach - opisuje prof. dr hab. Piotr Kossacki (FUW). W laboratoriach FUW kropki kwantowe wytwarza si─Ö za pomoc─ů epitaksji z wi─ůzek molekularnych. Proces polega na precyzyjnym podgrzewaniu tygli z pierwiastkami umieszczonymi w komorze pr├│┼╝niowej. Pary pierwiastk├│w osadzaj─ů si─Ö na pr├│bce. Odpowiednio dobieraj─ůc materia┼éy i warunki mo┼╝na spowodowa─ç, ┼╝e osadzaj─ůce si─Ö atomy zbior─ů si─Ö w niewielkie skupiska ÔÇô kropki kwantowe. W podobny spos├│b skraplaj─ůca si─Ö para wodna tworzy kropelki na hydrofobowych pod┼éo┼╝ach. Gdy podczas osadzania kropek kwantowych do komory pr├│┼╝niowej wprowadzi si─Ö niewielk─ů liczb─Ö innych atom├│w, np. magnetycznych, cz─Ö┼Ť─ç z nich wbuduje si─Ö w powstaj─ůce uk┼éady. Po wyj─Öciu pr├│bki mo┼╝na wtedy pod mikroskopem wyszuka─ç te kropki kwantowe, w kt├│rych jest dok┼éadnie jeden atom magnetyczny, na dodatek umieszczony centralnie. - Atom o w┼éasno┼Ťciach magnetycznych zaburza stany energetyczne elektron├│w kropki kwantowej, co wp┼éywa na spos├│b jej oddzia┼éywania ze ┼Ťwiat┼éem. Kropka kwantowa staje si─Ö wtedy detektorem stan├│w takiego atomu. Zale┼╝no┼Ť─ç funkcjonuje te┼╝ w drug─ů stron─Ö: zmieniaj─ůc stany energetyczne elektron├│w w kropce kwantowej mo┼╝na wp┼éywa─ç na atom magnetyczny- wyja┼Ťnia Micha┼é Papaj, student FUW, kt├│ry za prac─Ö nad budow─ů kropek kwantowych z pojedynczymi jonami kobaltu otrzyma┼é w 2013 roku Z┼éoty Medal Chemii w og├│lnopolskim konkursie Instytutu Chemii Fizycznej PAN na najlepsz─ů prac─Ö licencjack─ů. Na zdj─Öciu dr Wojciech Pacuski przy aparaturze do epitaksji z wi─ůzek molekularnych u┼╝ytej do budowy kropek kwantowych. (┼╣r├│d┼éo: ┬ę FUW) Najsilniejsze w┼éasno┼Ťci magnetyczne maj─ů atomy manganu pozbawione dw├│ch elektron├│w (Mn2+). Dot─ůd osadzano je w kropkach kwantowych z tellurku kadmu (CdTe) lub arsenku indu. Korzystaj─ůc z kropek CdTe przygotowanych przez dr. Piotra Wojnara w Instytucie Fizyki PAN, w 2009 roku Mateusz Goryca z FUW zademonstrowa┼é pierwsz─ů pami─Ö─ç magnetyczn─ů dzia┼éaj─ůc─ů na jednym jonie magnetycznym. - Powszechnie wierzono, ┼╝e inne jony magnetyczne, takie jak kobalt Co2+, nie mog─ů by─ç wykorzystywane w kropkach kwantowych. Mimo niekorzystnych przewidywa┼ä postanowili┼Ťmy to sprawdzi─ç. I tu przyroda mile nas zaskoczy┼éa: obecno┼Ť─ç nowego jonu magnetycznego nie zepsu┼éa w┼éasno┼Ťci kropki kwantowej - m├│wi doktorant Jakub Kobak (FUW). Badacze z FUW zaprezentowali dwa nowe systemy z pojedynczymi jonami magnetycznymi: kropki kwantowe z tellurku kadmu z atomem kobaltu oraz kropki z selenku kadmu z atomem manganu. Publikacja wskazuj─ůca kierunki rozwoju solotroniki, przygotowana przez fizyk├│w z FUW, w┼éa┼Ťnie trafi┼éa na ┼éamy presti┼╝owego czasopisma naukowego ÔÇ×Nature CommunicationsÔÇŁ. --- ┼╣r├│d┼éo: Wydzia┼é Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
reklama
reklama
reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
February 20 2019 12:04 V12.2.3-2