Математики ИВМиМГ СО РАН совместно с немецкими коллегами вычислили поведение экситонов

Сибирским и немецким исследователям удалось построить модель и вычислить поведение экситонов — квазичастиц, с которыми связывают будущее электронных приборов, в частности квантовых компьютеров и смартфонов.                   

Изменение ширины запрещенной зоны вокруг линии краевой дислокации a-типа в GaN при комнатной температуре и поле скорости дрейфа, вызванное этим изменением. Длина наконечников стрел пропорциональна скорости дрейфа.
©  Karl Sabelfeld et al/ Physical Review Applied

«Все привыкли, что современные девайсы работают на электронах, но последнее достижение наноэлектроники — манипулирование на уровне фотонов и экситонов, то есть электронов, связанных с дыркой. На их основе можно делать наноразмерные оптоэлектронные приборы, датчики, компьютеры. Эти структуры способны переносить фотоны, а с их помощью — информацию. В отличие от электронов, фотоны не выделяют тепло, а значит, мы сможем уменьшать размеры устройств без риска их перегрева», — рассказывает соавтор работы, главный научный сотрудник Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Карл Карлович Сабельфельд.

Математики в сотрудничестве с физиками исследовали поведение экситонов в современном полупроводниковом материале — нитриде галлия. Ученых интересовало взаимодействие электронов с таким дефектом в нанокристаллической решетке, как дислокация.

«Десятилетиями существовало представление, что дислокация словно съедает экситоны, когда они подходят к ней. Но в экспериментах было много противоречий. Мы обнаружили, что в наноразмерном полупроводнике вокруг дислокации создаются электрические поля, достаточные для того, чтобы взаимодействовать с экситонами, и построили модель для описания этих взаимодействий», — говорит Карл Сабельфельд.

Ученым удалось описать взаимодействие экситонов с дислокацией в электрическом поле, вычислить их подвижность, время их жизни, а также подтвердить полученные данные в эксперименте. Оказалось, что общепринятый ранее метод исследования был основан на неверном физическом представлении.

Технологии с использованием свойств экситонов применяют, в частности, для разработки нового поколения мобильной связи 5G. По словам Карла Сабельфельда, ИВМиМГ СО РАН сотрудничает в этом направлении с Институтом физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

Работа проводилась в сотрудничестве с учеными из Института твердотельной электроники им. П. Друде в Берлине.Исследование поддержано грантом РНФ 19-11-00019.

Статья опубликована в журнале Physical Review Applied
Источник: sbras.info