Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов прослоек F обычно используют Fe, Co, Gd, Ni, у которых температура Кюри T C значительно выше, чем температура сверхпроводящего пере- хода T sc металлов (Nb, Pb, V), образующих слой S. Методами изготов- ления сверхрешеток типа F/S являются молекулярно-лучевая эпитак- сия, электронно-лучевое напыление, магнетронное распыление при постоянном токе. Гетероструктуры типа F/S со слоями атомной тол- щины могут использоваться в электронике следующего поколения как логические элементы и переключатели сверхпроводящего тока, при- чем сверхпроводимостью можно управлять с помощью слабого внеш- него магнитного поля. Свойства многослойных систем F/S, в т. ч. тем- пература перехода в сверхпроводящее состояние, зависят от толщины ферромагнитного и сверхпроводящего слоев. Толщина ферромагнит- ного слоя обычно менее 1 нм, толщина сверхпроводящего слоя от 10 до 50 нм. В гетероструктурах F/S температура перехода в сверхпрово- дящее состояние T sc при увеличении толщины слоя F может не только монотонно уменьшаться, но и осциллировать. Например, в трехслой- ной системе Fe/Nb/Fe при увеличении толщины слоя железа d Fe от 0.1 до 0.8 нм температура T sc сначала уменьшается с 7 до 4.5 K, затем при увеличении d Fe до 1.2 нм она растет до 5 K и при дальнейшем увели- чении d Fe до 3 нм температура сверхпроводящего перехода снижает- ся до 3.2 K. В гетероструктурах F/S могут чередоваться слои металла и сплава (Nb x Ti 1–x /Co или V/Fe x V 1–x ). Представляют интерес также ге- тероструктуры типа сверхпроводник–ферромагнитный полупрово- дник (например, NbN/EuO/Pb или NbN/EuS/Pb) с туннельным пере- ходом Джозефсона. Толщина слоя ферромагнитного полупроводника (EuO, EuS) в этих гетероструктурах составляет от 10 до 50 нм, а тол- щина сверхпроводящих слоев — более 200 нм. Гетероструктуры, полученные чередованием слоев нанометровой толщины, можно рассматривать как новые, не существующие в при- роде полупроводники с необычными свойствами. Их фундаменталь- ные физические свойства могут существенным образом отличаться от свойств трехмерных систем. Как уже упоминалось, в двумерном электронном газе были открыты целочисленный и дробный эффек- ты Холла. В одномерных проводниках проводимость квантуется уже в отсутствии магнитного поля и без учета межэлектронных взаимо- действий. Квантовые точки позволяют исследовать явления, проте- кающие в обычных системах на атомном уровне. Полностью дискрет- 109 2.4. гетероструктуры ный энергетический спектр квантовых точек открывает возможность создания на их основе элементов квантовых компьютеров. Свойства и возможности применения наноструктур целесообразно рассмотреть вместе с условиями их самоорганизации, т. е. когда боль- шое количество нанообъектов выстраивается в стабильные и упоря- доченные структуры. Выделяют четыре основные группы упорядочен- ных наноструктур (рис. 2.4): — наноструктуры с периодической модуляцией твердых раство- ров полупроводников; — периодически фасетированные поверхности; — периодические структуры плоских поверхностных доменов; — упорядоченные структуры трехмерных островков на подложке. а в б г Рис. 2.4. Спонтанно упорядоченные самоорганизованные наноструктуры с периодом D в результате упорядочения различных механизмов: а — спинодального распада; б — кристаллографической анизотропии поверхностной энергии; в — упругой деформации; г — подавления коалесценции Процессы самоорганизации имеют различную физическую приро- ду и обусловлены разными механизмами. Для первой группы спонтан- ное возникновение упорядоченных наноструктур связано с неустойчи- |