Нет ничего хуже, чем бильярдный стол с невидимыми ямками или бугорками, которые обязательно направят ваш удар в непредсказуемую сторону. Согласно новому исследованию, то же самое происходит на наноуровне, где бильярдные шары — это электроны, двигающиеся по «столу»-полупроводнику из арсенида галлия.

Наноразмерный полупроводник, новый дизайн (миикрофотография University of New South Wales).

Продолжим удобную аналогию: эти «бильярдные столы» вызывают немалый интерес благодаря их возможному использованию в компьютерных технологиях будущего. В работе, результаты которой опубликованы в журнале Physical Review Letters, международная группа физиков продемонстрировала, что при игре в «полупроводниковый бильярд» на наноразмерном уровне небольшие «кочки» оказывают неожиданно серьёзное влияние на движение электронов. И главное: учёным удалось найти решение, позволяющее сглаживать эти «бугорки».

Речь, конечно же, идёт о вышедших на поверхность дефектах решётки и примесях. Для устранения таких эффектов, как обратное рассеяние, вызываемое примесными атомами, используются ультрачистые материалы. Но всё равно до сих пор нет способа, позволяющего избежать ионизированных атомов кремния, который применяется в качестве допанта, наполняющего электронами структуру полупроводника арсенида галлия. Их электростатический эффект, увы, более коварен, поскольку существенно искажает поверхность полупроводника. Впрочем, всё это стало очевидным только после появления результатов рассматриваемого исследования. Прежние работы, имевшие дело с куда более крупными устройствами, подразумевали, что искажения, привносимые кремнием, ничтожны и пути движения электронов определяются только формой поверхности полупроводника.

Это не так. Нынешняя работа, посвящённая наноразмерным полупроводящим устройствам, доказала, что нагревание и следующее за этим охлаждение нанометрового полупроводника приводят к радикальному изменению электронных путей. В то же время, используя совершенно новый дизайн полупроводящего устройства, разработанного в рамках данного исследования и позволяющего исключить применение кремниевого допанта, приводит к тому, что никакого изменения в электронных путях при нагревании и охлаждении не происходит. Это наблюдение однозначно указывает на то, что именно кремниевый допант является причиной непредсказуемых искажений на наноуровне. Причём характер улучшений, наблюдавшийся при удалении кремния, был совершенно неожиданным, учитывая предыдущий опыт с крупными устройствами.

В общем, чем ближе квантовый уровень, тем аккуратнее нужно быть с различного рода эффектами, наличие которых так легко игнорировать на макроуровне. Вывод прост: создание «качественной» наноразмерной электроники возможно только тогда, когда мы имеем дело с предсказуемыми свойствами и не пренебрегаем даже малейшим намёком на их непостоянство.