Молодой ученый Института физики полупроводников рассказал об исследованиях квантовых точек на основе нитрида галлия

Ученый вместе с коллегами впервые обнаружил необычный эффект обратимости формирования квантовых точек GaN.

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 А. Екимов, о чем была опубликована его статья в соавторстве с коллегой A. Онущенко в журнале “Письма в ЖЭТФ” в 1981 году».

Чтобы оценить значимость открытия нобелиатов, нужно понять, что же 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»,―  добавил молодой ученый.

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. 

«Ученые 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 (GaN) 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 (GaN) 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.

Пресс-служба ИФП СО РАН