Школу уже во второй раз проводит Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН при поддержке Российского научного фонда. На мероприятии ведущие ученые рассказали молодым коллегам о собственных научных результатах и о наиболее актуальных областях современной фундаментальной и прикладной квантовой физики.
«Школьники» представили свои наработки в формате стендовых докладов (которые оценивала экспертная комиссия), предварительно «прорекламировав» их в кратких устных выступлениях. Такие короткие сообщения на 1-3 слайда, в которых молодые ученые максимально сжато и при этом содержательно рассказывают об исследованиях, ― одна из отличительных особенностей школы. Для некоторых студентов это был первый опыт академического выступления. В мероприятии участвовали более 70 человек, 49 из них — студенты третьего курса и старше, аспиранты, молодые ученые из вузов и НИИ Томска, Красноярска и Новосибирска.
Курс лекций прочитали исследователи из Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (Москва), Института физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН (Черноголовка), Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск).
«Все великие открытия в физике совершены, и ее здание стоит на фундаменте, в основе которого лежат законы классической и квантовой механики. Поэтому цель современной физики заключается не в "производстве" великих открытий (их эпоха прошла), а в образовании, то есть в том, чтобы за нами шли поколения людей, которые разбирались бы в законах физики не менее ясно и глубоко. Решению этой задачи и посвящена наша школа.
Но по учебникам физику изучать неинтересно, тогда как бесконечное разнообразие физических явлений и объектов позволяет исследовать закономерности, происходящие в квантовых системах. Вообще говоря, любой физический объект сейчас — квантовая система. Без квантовой механики, особенно в физике конденсированных сред, — не обойтись — это ее язык. Соответственно, и школа у нас называется “Физика и технология квантовых систем”. Программа лекций составлялась с расчетом, чтобы слушателям было интересно, и когда я взглянул на нее, то понял, что действительно так и вышло.
Все лекторы — высококвалифицированные и грамотные исследователи в своей области. Например, о развитии технологии в области квантовых систем — в частности, о выращивании гетероструктур на основе соединений теллурида ртути и кадмия методом молекулярно-лучевой эпитаксии, — прочитал лекцию ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Сергей Алексеевич Дворецкий. Ведь именно эта технология завоевала мир и принесла широкую известность ИФП СО РАН.
Рассказывая о наших работах за границей, я показываю карту Евразии — в центре Новосибирск, а в радиусе 3000 км вокруг — ничего ― и называю Новосибирск “точкой безумия”, так как первое предприятие полупроводниковой индустрии, расположенное за пределами указанного радиуса, находится в Китае.
А технология молекулярно-лучевой эпитаксии для создания структур (и, соответственно, квантовых систем) на основе соединений теллурида ртути и кадмия существует в мире только в двух местах: в ИФП СО РАН и в Германии, в Вюрцбургском университете. В структуре важно качество — чистота составляющих ее атомарно-тонких слоев, критерий качества — подвижность носителей заряда. И качество выращиваемых у нас структур оказалось настолько высоким, что многие физики, занимающиеся исследованием поведения квантовых систем, мечтают получить такой материал», — подчеркнул председатель школы, заведующий лабораторией физики низкоразмерных электронных систем ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Харитонович Квон.
По сравнению с прошлым годом организаторы расширили тематику школы, ранее речь шла только об оптике и фотоэлектрике квантовых систем.
«Курс лекций охватывал глубокую фундаментальную физику, и появились лекции по технологии квантовых систем. Например, доклады С.А. Дворецкого “Выращивание гетеро- и наноструктур HgCdTe методом МЛЭ”, А.Ю. Миронова “Свойства наноструктурированных сверхпроводящих пленок”, А.А. Шкляева “Взаимодействие света с покрытиями из частиц субволнового размера при возбуждении в них резонансов Ми”.
Расширение тематики позволило большему количеству человек посетить школу: увеличилось количество слушателей и докладчиков – почти в два раза. Появились новые участники, продолжают приезжать и те, с кем мы познакомились еще на школе молодых ученых “Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем (АППН)-2022”. В наших планах закрепить успех на следующих школах (в 2025, 2026 году), проинформировать больше организаций о возможностях школы», — рассказала секретарь конференции, старший научный сотрудник лаборатории нанодиагностики и нанолитографии ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Екатерина Евгеньевна Родякина.
Мемристоры, магнитные топоизоляторы, двумерные слоистые материалы — о чем говорили «школьники»?
Алексей Владимирович Ненашев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИФП СО РАН, лектор школы и член экспертной комиссии, оценивавшей доклады «школьников», поделился мнением о некоторых запомнившихся ему сообщениях:
«Мне показалась интересной работа, которую представлял аспирант ИФП СО РАН Тимур Залялов — про мемристорные структуры TaN/HfOx/Ni, хотя она далека от научной сферы, которой занимаюсь я. В работе рассказывается, как “посветив” электронным лучом, авторы модифицировали аморфную структуру оксида гафния (HfOx) — в результате у таких структур улучшаются характеристики. Пороговые напряжения, при которых происходит включение, становятся более стабильными, что повышает и стабильность мемристора, в перспективе это интересно для создания резистивной памяти.
Любопытный доклад магистрантки факультета радиотехники и электроники Новосибирского государственного технического университета Екатерины Кыровой “Исследование морфологии поверхности пленок магнитного топологического изолятора MnBi2Te4 на подложках Si(111)”. Благодаря тому, что в пленках есть марганец — магнитный материал, появляется намагниченность и дает подобие присутствия магнитного поля, за счет чего возникает аномальный квантовый эффект Холла. Екатерина с соавторами вырастили материал и исследовали его методом атомно-силовой микроскопии — обычной и магнитной иголкой. Они обнаружили, что есть участки с отклонениями намагниченности, выяснилось, что там формируется соединение Mn-Te вместо Mn-Bi-Te, что дало отклонения от желаемой магнитной однородной пленки. Здесь мне нравится то, что развитие этой темы, возможно, приведёт к улучшению технологии роста этого магнитного топологического изолятора. А материал очень интересный для изучения топологических квантовых эффектов.
Запомнилось сообщение аспиранта Новосибирского госуниверситета Сергея Пономарева “Фазовый переход β⇔β' с температурным гистерезисом в пленках In2Se3”. Подобные слоистые двумерные материалы перспективны для создания солнечных батарей, устройств памяти. Оказывается, в селениде индия In2Se3 наблюдается структурная перестройка при определённой температуре от кристаллической модификации β в β', сопровождающаяся изменением сопротивления. Между тем никто толком не знает, что из себя представляет модификация β'. Автор с коллегами получили спектры комбинационного рассеяния света для обеих модификаций, измерили зонную структуру методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ФЭСУР) — и спектры, и структура энергетических зон отличаются. А уже по этим данным, сотрудничая с теоретиками, можно попробовать расшифровать кристаллическую структуру фазы β', — пояснил мне Сергей».
«На каждой конференции я узнаю что-то новое и, главное, полезное для своей научной работы»
Аспирант Томского государственного университета Олжас Игоревич Кукенов приехал на школу, организованную ИФП СО РАН, в четвёртый раз. Олжас занимается ростом и исследованием структур германий на кремнии методом молекулярно-лучевой эпитаксии, на установке «Катунь-100», которую изготовили в ИФП СО РАН.
«Я много слышал об институте от старших коллег. Когда я в 2022 году приехал сюда на школу АППН, то был под большим впечатлением. Тогда мой стенд представлял из себя просто распечатанную презентацию. Здесь я познакомился с директором ИФП СО РАН академиком Александром Васильевичем Латышевым, и он предложил мне пойти на мини-экскурсию в лабораторию, где тоже занимаются молекулярно-лучевой эпитаксией, с использованием сверхвысоковакуумного отражательного электронного микроскопа. Он позволяет наблюдать ростовые процессы прямо в режиме реального времени. Я очень хотел туда попасть, но получилось только в следующем году, на школе АППН-2023. Та конференция, помимо экскурсии, запомнилась мне интересным и приятным общением на стендовой сессии с другими исследователями, которые интересовались работой нашего научного коллектива и рассказывали о своей деятельности.
На школу “Оптика и фотоэлектрика квантовых систем” в 2023 году я приехал уже более уверенным, т.к. знал, как все устроено, но на стендовой сессии выяснилось, что недостаточно проработал доклад, не получилось ответить на некоторые вопросы, но мне помогли понять физику процессов и закрыть пробелы в знаниях. Для меня этот опыт был очень полезным.
В этот раз школа сохранила высокий уровень. Мне помогли консультации секретаря школы — Екатерины Евгеньевны Родякиной по оформлению документов для поездки. В целом, из года в год школы-конференции Института физики полупроводников проходят на все более высоком уровне.
На каждой конференции я узнаю что-то новое и, главное, полезное для своей научной работы. Например, мне очень понравилась лекция Александра Андреевича Шкляева “Взаимодействие света с покрытиями из частиц субволнового размера при возбуждении в них резонансов Ми”. В нашей научной группе мы планируем дальнейшее развитие структур с Ми резонаторами», — поделился Олжас.
«Ампер-ваттные характеристики (чувствительность) наших структур лучше, чем у фотодиодов, произведенных компанией Хамаматсу»
Аспирантка Новосибирского госуниверситета Гайсаа Аббас Хамуд участвовала в школе первый раз. Среди понравившихся лекций она отметила сообщение Сергея Алексеевича Дворецкого, подчеркнув, что принципы метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), о котором упоминал лектор, отчасти похожи на технику высоковакуумного электронно-лучевого осаждения, с помощью которой изготавливались образцы для научной работы Г. Хамуд.
«МЛЭ — дорогой метод, в нашей работе используется более дешевый – электронно-лучевое осаждение. Так, мы исследовали фоточувствительные структуры металл-диэлектрик-полупроводник на основе GeSixOy с барьером Шоттки. В наших структурах нет p-n перехода, а ампер-ваттные характеристики (чувствительность) лучше, чем у фотодиодов с p-n переходом, произведенных компанией Хамаматсу (Hamamatsu photonics)», — пояснила Гайсаа.
«Для меня это первый опыт стендового доклада и первые тезисы»
Арина Алексеевна Семенкова, представлявшая Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева (Красноярск), тоже приехала на школу впервые. Но ранее исследовательница проходила практику в ИФП СО РАН в отделе роста и структуры полупроводниковых материалов. Доклад Арины назывался «Исследование интерфейса структуры SiOx/Si методом спектроскопии потерь энергии отраженных электронов».
«Для меня это первый опыт стендового доклада и первые тезисы. Я рассказывала о результатах своей магистерской диссертации. Образцы и спектры для исследований нам предоставили в ФИЦ “Красноярский научный центр”, я занималась анализом спектров. А на практике, в Институте физики полупроводников, мне показали установку, с помощью которой получают такие спектры, объяснили принципы работы.
В том, что касается школы, — мне понравился лекционный курс — большие, длинные доклады. Я предполагаю, что примерно так выглядит защита кандидатских, докторских диссертаций, то есть, в принципе, я увидела, как живёт научный мир. Мне очень понравился доклад Вадима Михайловича Ковалева “Фотовольтаический эффект Холла в двумерных сверхпроводниках”, в том числе и потому, что лектор — харизматичный, умеет привлекать и удерживать внимание. Другие лекции были интересны для расширения кругозора, для понимания, чем сейчас занимаются исследователи в области полупроводниковых материалов», — отметила Арина.
На школе вручили дипломы за лучшие стендовые доклады молодых ученых, отбор производился экспертной комиссией.
Победителями стали:
в студенческой группе
Дмитрий Курмачев, Новосибирский госуниверситет, студент, диплом первой степени;
Владислав Гумбарг, Новосибирский госуниверситет, студент, диплом второй степени;
Эльдар Хаматдинов, Томский госуниверситет, студент, диплом второй степени;
Алексей Самусь, Университет Решетнева (Красноярск), студент, диплом третьей степени;
в группе аспирантов и молодых ученых
Сергей Пономарев, Новосибирский госуниверситет, аспирант, диплом первой степени;
Илья Скворцов, ИФП СО РАН, молодой ученый, диплом второй степени.
Курс лекций школы включал 13 докладов. В них говорилось о принципе Паули в трехмерных топологических изоляторах, о поверхностных и краевых состояниях электронов и плазмонов в дираковских материалах, о фотовольтаическом эффекте Холла в двумерных сверхпроводниках, свойствах наноструктурированных сверхпроводящих пленок и о многом другом.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ИФП СО РАН
Фото Владимира Трифутина, Чэнь Юйчжу, Надежды Дмитриевой
