|
1.
Что такое электроника твердого
тела:
Блуждающие
поодиночке атомы охотно конденсируются в твердое тело. (Может быть поэтому сразу после света Бог создал твердь). Такое
объединение атомов оказывается возможным благодаря существованию подвижного
электронного облака, окружающего атомное ядро. В твердых телах атомные
электронные облака изменяются из-за взаимодействия с электронами и ядрами
соседних атомов, образуя ансамбль валентных электронов. Характеристики этого
ансамбля и определяют атомную структуру, основные физические и химические
свойства твердых тел. Именно поэтому электроника твердого тела является
фундаментом и основным содержанием физики твердого тела вообще.
Любое
воздействие на твердое тело передается через его поверхность. Изучение
электронных и атомных процессов, протекающих на поверхности и межфазовых
границах уже привело к созданию современной технологии микро-
и наноэлектроники, во многом определившей лицо
современной Цивилизации. Современная электроника твердого тела - это
электроника микроскопических объемов вещества, содержащих небольшое число
атомов, искусственных и естественных систем с пониженной размерностью (ныне
называемых наноструктурами) - точечных и
протяженных дефектов и включений, атомов и молекул, захваченных поверхностью
или растворенных в объеме, физика двумерных границ раздела, тонких слоёв и
поверхностей. Это важнейшее направление приложения сил международного
научного сообщества.
Чем занимается кафедра?
Изучением
методами экспериментальной и теоретической физики закономерностей
формирования электронной структуры, протекания электронных и атомных
процессов в твердых телах, на поверхности, на межфазовых границах и в
системах с пониженной размерностью, включая наноструктурированные
твердотельные материалы.
В чем особенность кафедры?
В широте
комплекса используемых физических методов исследования. Это создает
возможность решения максимально широкого круга фундаментальных и прикладных
задач современной физики твердого тела и наноструктур.
Методическое разнообразие предъявляет повышенные профессиональные требования
к сотрудникам кафедры, ее аспирантам и студентам.
Что же это за методы?
Они охватывают
обширный интервал энергии воздействия на исследуемый объект (именно энергия
вносимого возмущения в первую очередь определяет характер получаемой
информации).
При
проведении измерений электрофизическими методами этот интервал включает
величины от порядка кТ (около 10-5 эВ)
до нескольких эВ. В автоэлектронных микроскопах и в сканирующих туннельных
микроскопах к остриям-источникам прикладывается небольшое напряжение от
десяти до нескольких сотен вольт для создания благоприятных условий туннелирования электронов.
Величины
энергии первичных электронных и фотонных пучков, применяемых в методах
электронной и рентгеновской спектроскопии, меняются от единиц до тысячи эВ.
Методы
дифракции электронов и рентгеновских лучей предполагают использование пучков
с энергией от сотни эВ до десятков КэВ.
Таким
образом, нижний и верхний пределы энергий, "вкачиваемых" в объект
при проведении исследований отличаются в 109 раз!
Какую информацию о твердом теле дают используемые методы?
Широчайший
диапазон энергии возбуждения предопределяет большое разнообразие получаемой
информации. Электрофизические методы, связанные с движением носителей заряда,
обычно дают статистически усредненные сведения как о
параметрах носителей, так и о природе рассеивателей
- электрически активных или нейтральных центрах (точечных или протяженных
дефектах в объеме или на межфазовой границе). Усреднение в ходе наблюдений
происходит по макроскопическим объемам вещества.
При
увеличении энергии возмущения и энергии провоцируемых электронных переходов
до десятков и сотен эВ, глубина зондирования твердотельных объектов резко
уменьшается. Методы рентгеновской и электронной спектроскопии в большинстве
своем являются поверхностно-чувствительными и дают информацию об электронной
и атомной структуре поверхностной области, толщиной от нескольких десятых
долей нм до десятков нм
(1 нм = 10-9 м). Кроме того, методы
рентгеновской спектроскопии отображают энергетическое и пространственное
распределение локальных электронных состояний валентных зон и зон
проводимости твердых тел (или состояний, локализованных вблизи излучающего
или поглощающего атома). Эти методы также несут информацию об атомном
строении ближнего порядка в любом многоатомном объекте, не обязательно
упорядоченном.
Семейство
дифракционных методов как бы визуализирует в обратном пространстве атомное
строение упорядоченных (кристаллических) объектов в объеме или на
поверхности. Автоэлектронный микроскоп, используя совершенно иные физические
принципы, позволяет изучить строение микроскопических объемов кристаллов (острий) и процессы взаимодействия с ними счетного
количества чужеродных атомов. Сканирующий туннельный микроскоп способен
"показать" положение единственного атома на поверхности твердого
тела в реальном пространстве.
Таким
образом, комплекс используемых на кафедре экспериментальных методов
обеспечивает уникальный информационный диапазон: от изучения многообразных
электрофизических и электрохимических свойств макрообъемов
твердых тел до электронной структуры и пространственного положения
единственного атома в твердофазной системе любой сложности.
Более детально упомянутые
методы описаны в разделах, посвященных деятельности лабораторий и научных
групп кафедры
|
