Nowatorska metoda badania transportu elektronów w nanometrowych obiektach

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Aby budować mniejsze niż dotąd urządzenia elektroniczne, trzeba umieć zbadać, jak przez obiekty zbudowane z kilku czy kilkudziesięciu atomów przepływa prąd elektryczny. Międzynarodowy zespół – w tym Polacy – opracował metodę badania transportu elektronów w tak niewielkich obiektach.

Jednym z głównych kierunków w rozwoju nowych technologii jest miniaturyzacja. Urządzeń, które mamy nie da się jednak w nieskończoność zmniejszać po prostu zmieniając ich wymiary. W skali atomowej bowiem materiały, z których teraz budujemy urządzenia, będą zmieniać swoje właściwości – każdy atom zaczyna mieć bowiem znaczenie i może dramatycznie zmieniać możliwości układu. Jeśli zatem chcemy mieć coraz mniejsze urządzenia elektroniczne – nanoodpowiedniki tranzystorów, układów scalonych, bramek logicznych itp. – nie ma wyjścia – potrzebne są nowe badania i nowe pomysły.

Do działania wszystkich tych układów potrzebne jest przesyłanie (transport) prądu, a dokładniej – elektronów na bardzo małe odległości, czyli w skali nanometrowej. Międzynarodowy zespół badawczy pokazał właśnie światu, jak badać taki transport ładunków w obiektach o atomowych rozmiarach.

Praca opisująca te badania ukazała się w Nature Communications. Pierwszym autorem i głównym wykonawcą części doświadczalnej pracy jest dr Marek Kolmer z Uniwersytetu Jagiellońskiego, obecnie pracujący w Oak Ridge National Laboratory, a kierownikiem zespołu doświadczalnego – prof. Marek Szymoński z UJ. Badania prowadzono we współpracy z teoretykami z hiszpańskiego Donostia International Physics Center w San Sebastian, Instytutu CEMES/CNRS w Tuluzie oraz Instytutu IMRE w Singapurze.

Dla realizacji pomiarów transportu elektronowego w nanoskali badacze zastosowali tunelowy mikroskop skaningowy (STM) o dwóch niezależnych sondach pomiarowych w postaci niezwykle precyzyjnie „zaostrzonych” igieł ze stopu PtIr. Jednopróbnikowych mikroskopów STM używano dotąd przede wszystkim do tego, by uzyskać obraz struktury elektronowej powierzchni materiałów przewodzących z atomową rozdzielczością.

Badacze pokazują jednak, jak możliwości STM w wersji dwupróbnikowej można poszerzyć o szczegółowe badania transportu elektronów na powierzchni wybranego materiału. W szczególności opisują oni, jak z niebywałą dotąd dokładnością użyć takiego narzędzia do pomiaru przepływu elektronów przez atomowy „nanodrut” naturalnie uformowany na powierzchni odpowiednio spreparowanego kryształu półprzewodnika.

Wykorzystaliśmy atomową precyzję jednopróbnikowych pomiarów STM do wytworzenia kontaktów w eksperymencie wielopróbnikowym – mówi w rozmowie z PAP Marek Kolmer.

Dr Kolmer zapowiada, że z wykorzystaniem nowej metody chce teraz badać transport elektronów w sztucznie wytworzonych układach o atomowo zdefiniowanej strukturze. Naukowiec dodaje, że w tej chwili naukowcy przewidują, że niektóre nanoobiekty mogą przewodzić prąd w jakiś niestandardowy sposób, co jednak jest trudne do bezpośredniej eksperymentalnej weryfikacji.

I tak np. jakiś czas temu zasugerowano, że odpowiednio zaprojektowane nanowstążki grafenowe mogą transportować elektrony o wybranym spinie. W zrozumieniu czy i dlaczego tak się dzieje, pomóc może właśnie zaproponowana przez międzynarodowy zespół technika pomiarowa.

« powrót do artykułu