Ангстремный Халк

Вид сверхтонких проводников на основе монослоя дихалькогенидов.

В 1970-е в Америке был весьма популярен комикс под названием «Халк» (Hulk). Потом он был экранизирован, явив миру нечто огромное, неповоротливое и медно-зеленое, напоминающее патину на покрытых медью куполах. Имя героя было сродни английскому hull, то есть судно, вернее, его корпус. В русском языке Халк напомнил Халкидики – греческий полуостров, на котором добывали медь-«халкос» для выплавки бронзы.

Трудно поверить, что между элементами нынешних чипов «тянутся» более 30 км медных проводников. Прошло уже 10 лет с момента открытия графена, но до сих пор ничего путного сделать из него не удается, отсюда понятен интерес нанотехнологов к другим монослойным материалам, в частности на основе дихалкогенидов и металлов переходной группы, таких как молибден и вольфрам. Монослойные материалы прекрасно зарекомендовали себя своей прочностью и в то же время гибкостью.

Журнал Nature опубликовал статью ученых университета Вандербилта, которые вместе с сотрудниками Национальной лаборатории Оук-Ридж (США) описали новый способ «волочения» проволок, соединяющих чиповые нанотранзисторы. Заметим, что эти транзисторы в 1000 раз тоньше нынешних. Молибден привлек внимание авторов тем, что его дисульфид – MoS2 – широко встречается в природе и используется в качестве твердого любриканта. Авторы исходили из того, что при определенных условиях полупроводниковые монослои могут обретать металлические свойства.

Новый метод основан на давно известном электронном «травлении», или литографии. Однако ученые использовали сканирующий электронный микроскоп (SEM), сфокусировав его луч до невероятных полуангстрема (полдиаметра атома водорода). Картинки, полученные с атомным разрешением, показывают, что сверхтонкие нанопроволоки вращаются вокруг своей оси и постоянно изгибаются, сохраняя при этом структурную целостность (не рвутся, проще говоря). Если дело дойдет до промышленного внедрения, то вскоре можно надеяться на создание гибких тонкопленочных гаджетов.

Марганец с переменной валентностью (+3 и +4) в образце материала (sample) и его спектроскопия при «обстреле» импульсами света разной продолжительности и энергии; голубым и розовым показаны спины противоположной ориентации.  Иллюстрации Physorg

На Тихоокеанском побережье, в Национальной лаборатории университетского Беркли, сотрудники сумели изменить порядок электронных спинов. Последние представляют собой вращение-«спиннинг» – угловой момент – электрона вокруг своей оси. Об удобном способе «реорганизации» спинов давно мечтают специалисты в области спинтроники, которая по целому ряду параметров намного привлекательнее электроники – спиновые чипы не будут нуждаться в «прогревании», должны работать быстрее, не производить большие количества «паразитического» тепла.

На сегодня одними из наиболее обещающих являются оксиды марганца (манганиты, всем известные тем, что входят в состав марганцовки) с переменным зарядом атома металла. Они могут мгновенно переходить из изолирующего состояния в проводящее под действием магнитных полей, света и механических вибраций. Именно эти воздействия способствуют реорганизации спинов и определяют столь выгодное переключение.

Ученые сравнивают поведение дезорганизованных спинов с автоколлапсом, когда водители не обращают внимания на разметку полос и дорожные знаки. При этом скорость движения автомобилей резко замедляется. Спины в дезорганизованном состоянии могут пребывать в течение многих секунд, что не может никого устроить. Поэтому в Беркли решили их «поторопить» с помощью новейшего «Продвинутого светового источника» (Advanced Light Source – ALS), оперирующего пико- и фемтосекундными фотонными импульсами. При этом выяснилось, что «торможение» спинов вызывается световым возбуждением, а коллапс спинового порядка совпадает с переходом от изолятора к металлическому состоянию.

Статья, опубликованная в Scientific Reports, открывает новые перспективы в овладении динамикой упорядочивания электронных спинов после временного возбуждения световыми импульсами. Это, в свою очередь, сулит сверхбыстрое манипулирование свойствами материалов, в частности сверхпроводящих при высоких температурах соединений меди. Преимуществом обоих методов является также и возможность 3D-печати нано-

электронных структур. Это избавит промышленность от привычного травления при производстве чипов.