+7 (495) 198-00-00 Горячая линия ситуационного центра Минобрнауки
по вопросам поддержки образовательных организаций высшего образования, а также их сотрудников и обучающихся, по вопросам профилактики распространения COVID-19 перейти на сайт МОН

На кафедре КФН разрабатывают теоретические основы молекулярной электроники

На кафедре КФН разрабатывают теоретические основы молекулярной электроники

Британский журнал Physical Chemistry Chemical Physics опубликовал результаты совместных исследований НИУ МИЭТ и ФИАН им. П.Н. Лебедева, в ходе которых были изучены проявления конструктивной и деструктивной квантовой интерференции в процессе когерентного переноса заряда в молекулярных проводниках.

Авторы статьи (Николай Шубин, Алексей Емельянов, Юрий Успенский и Александр Горбацевич) разработали аналитическую модель, которая описывает явление слияния антирезонансов – минимумов в спектре туннельной прозрачности. При изменении некоторого параметра системы два минимума с нулевым значением прозрачности в каждом, приближаясь друг к другу, могут слиться в один минимум с прозрачностью, отличной от нуля. При этом положение энергий антирезонансов математически соответствует поведению собственных значений некоторого неэрмитового PT-симметричного оператора, которые могут слиться в особой точке (ОТ) и превратиться из пары действительных (соответствующих двум различным минимума с нулевой прозрачностью) в пару комплексно-сопряженных (соответствующих отсутствию минимумов с нулевой прозрачностью). Результаты модели были подтверждены расчетами из первых принципов (ab initio) для молекулы циклобутадиена в специализированной программе Synopsys Quantum ATK.

Sliyanie.jpg

Также ученым удалось исследовать взаимное влияние антирезонансов и резонансов (максимумов туннельной прозрачности) – совпадение их энергий приводит к появлению связанного состояния в непрерывном спектре (ССНС). ССНС – это состояние, в котором частица остается локализованной в пространстве, но при этом обладает энергией, лежащей в области непрерывного спектра. Такое явление в других системах было известно и ранее, однако образование ССНС в молекулярных структурах в этой работе было продемонстрировано впервые. В молекуле ССНС представляет собой сильно локализованную молекулярную орбиталь, которая не связана с электродами и не участвует в транспорте носителей заряда.

SSNS.jpg

IMG_9496-1.jpg«На примере молекулы бензола мы показали, что в симметричной конфигурации при пара- подключении образуется ССНС и отсутствуют антирезонансы. Добавление радикальных групп слегка меняет геометрию молекулы, нарушается ее симметрия и ССНС разрушается. При этом образуется узкий антирезонанс, мешающий транспорту электронов при определенной энергии. Именно этот результат мы и отразили в художественной иллюстрации, которую редакторы журнала нам предложили разместить на обложке», – прокомментировал один из соавторов, доцент кафедры квантовой физики и наноэлектроники (КФН) Николай Шубин.

Возможности применения связаны с перспективами решения одной из центральных проблем современной наноэлектроники – снижения энергопотребления. Ключевым подходом к решению этой проблемы служит разработка механизмов управления током, основанных на качественно новых физических принципах. Одним из вариантов является молекулярная электроника, предлагающая использование одиночных молекул вместо транзисторов в качестве «рабочих лошадок» микросхемы. Туннельный транспорт носителей заряда через одиночные молекулы описывается законами квантовой механики и, соответственно, в нем проявляется квантовая интерференция. Результаты работы научного коллектива представляют собой теоретическую основу для понимания особенностей таких процессов и естественным образом могут быть применены для разработки правил дизайна перспективных базовых элементов молекулярной электроники.

Исследования проводятся в рамках проекта Российского научного фонда № 21-19-00808 и госзадания МИЭТ (тема 075-03-2020-216, код 0719-2020-0017).



Приемная комиссия 8 800 600-56-89 abit@miee.ru
Контакты для прессы +7 499 720-87-27 mc@miee.ru