Ученые университета работают над созданием чипов нового поколения

08:30, 29 марта 2017

Технологический прорыв обеспечат исследования оксидов редкоземельных элементов с пониженной размерностью

В проекте участвуют молодые сотрудники, аспиранты и студенты нескольких кафедр Физико-технологического института УрФУ, а также постдоки из зарубежных вузов

Ученые Уральского федерального университета ведут исследования, позволяющие создать компьютерные процессоры, которые в несколько десятков раз будут иметь большее быстродействие и меньшие размеры по сравнению с процессорами сегодняшнего дня.

Прорыв в создании новых технологий должны принести фундаментальные исследования оксидов редкоземельных элементов с пониженной размерностью. Проект направлен на создание новых материалов с заданными свойствами для устройств преобразования излучения УФ и ИК диапазонов. От того, насколько успешно ученым удастся добиться эффективности такой конверсии, и зависит успех проекта.

Основная задача ученых состоит в получении детальной информации об особенностях формирования энергетической структуры, природы и динамики возбужденных состояний, механизмах миграции и диссипации энергии в разупорядоченных и низкоразмерных оксидах редкоземельных элементов.

По словам руководителя лаборатории «Фотоника и ВУФ-спектроскопия» кафедры физических методов и приборов контроля ФТИ Анатолия Зацепина, актуальность поставленной задачи определяется возможностью создания нового поколения функциональных структур с повышенной эффективностью и быстродействием для устройств нанофотоники, оптоэлектроники, альтернативной энергетики и микросистем преобразования электромагнитных излучений. Инновационные технологии помогут создать устройства нового поколения с высокой эффективностью, быстродействием для преобразования, хранения и обработки информации. Помимо чипов для компьютеров и телефонов, могут быть также созданы новейшие лазеры, светодиоды, дисплеи, сенсоры, конвертеры и солнечные ячейки с передовыми характеристиками.

«В качестве объектов исследования выбраны нанопорошки, керамики, тонкие пленки оксидов РЗЭ, твердые растворы и нанокомпозиты, получаемые методами ионно-лучевых технологий, — говорит Анатолий Зацепин. — Особенность методического подхода, который будет реализован в работе, состоит в системном применении комплекса экспериментально-теоретических методов в рамках единого замкнутого цикла «синтез — дефектность — электронная структура — функциональное свойство — прототип устройства».

В ходе исследований ученые УрФУ используют современные методы рентгеновской, оптической, фотоэлектронной, ЭПР, ИК и КР-спектроскопии. По словам Анатолия Зацепина, это позволит в системах, содержащих оптически активные центры, кластеры и квантовые точки, определить параметры локальной атомной структуры, особенности дефектообразования, энергетические и кинетические характеристики возбужденных состояний. Также очень важно понять специфику донорно-акцепторных взаимодействий и закономерности так называемой даун- и ап- конверсионной передачи энергии.

«Анализ полученных данных обеспечит понимание механизмов электронно-оптических процессов на микроуровне, что позволит модифицировать дефектную структуру и параметры исследуемых материалов применительно к проблеме конверсии излучений. В результате, на основе синтезированных тонкопленочных гетероструктур предполагается создать прототип новых конверсионных УФ и ИК преобразователей, провести испытания, оптимизировать характеристики и сформулировать технологические рекомендации», — отмечает Анатолий Зацепин.

Руководитель лаборатории также пояснил, почему в качестве объектов для исследования были выбраны именно редкоземельные оксиды с пониженной размерностью. Он уверен, что на данный момент эти материалы изучены недостаточно хорошо в качестве перспективных конвертеров излучений нового поколения, и цель заключается в том, чтобы раскрыть имеющийся в них потенциал. Пока в процессе преобразования одного вида излучений в излучения другого диапазона происходят большие энергетические потери, поэтому задача состоит в том, чтобы на основе новой детальной информации о физике явления научиться управлять эффективностью указанного преобразования.

«Именно низкоразмерные объекты подобного типа позволяют нам решить эту задачу весьма успешно, и мы настроены на то, что в результате исследований будут созданы прототипы новых функциональных устройств с повышенной энергетической эффективностью преобразования и, самое главное, быстродействием», — добавил Анатолий Зацепин.

Проект исследования оксидов редкоземельных элементов с пониженной размерностью уже получил поддержку Министерства образования и науки РФ. Планируется, что государственная поддержка проекта будет осуществляться в течение трех лет. В проекте участвуют молодые сотрудники, аспиранты и студенты нескольких кафедр Физико-технологического института УрФУ.