Физика тонких пленок: российские разработки

Изучение необычных свойств сверхтонких (в один-два атома толщиной) сегнетоэлектрических пленок поможет повысить эффективность различных электронных устройств. Пока что новые свойства материалов обнаруживаются физиками, по сути, вслепую. Теория же и хорошая модель в случае успеха позволят сократить время и силы на поиски пленок с нужными свойствами.

Фото: Источник фото: Splash/All Over

Сегнетоэлектрики — это одно из названий материала таких пленок — послужили основой для создания и развития многих направлений в технике. Широко используется одно из их базовых свойств: под воздействием даже небольшого электрического импульса сегнетоэлектрики деформируются меняют свой объем, сдвигаются и т. д. На основе сегнетоэлектриков получаются компактные частотные фильтры, датчики температуры и смещения, наличия тех или иных газов в атмосфере и многое другое.

Как рассказали Правде. Ру в Южном научном центре РАН (Ростов-на-Дону), можно резко расширить диапазон применения таких материалов, если пленки из них наносить на кристаллы. У таких сложных структур могут возникать совершенно новые свойства. Какие именно? Это напрямую зависит от размерных факторов. Обнаружить эти зависимости и закономерности, постараться описать их языком математики — именно такую задачу поставили перед собой исследователи.

"Мы изучаем свойства пленок из титаната бария. Наши физики научились отлично наносить его на подложку, получая пленки с высоким совершенством. В качестве подложки планируем взять монокристалл окиси магния. Работа над проектом объединила механиков, математиков и физиков.

Проект "Исследование влияния размерных факторов на динамику и процессы контактного взаимодействия макро-, микро- и наноразмерных структурно-неоднородных тел в условиях связанности физических полей различной природы" поддержан грантом Российского научного фонда (РНФ). Он оказался единственным проектом по механике на юге России, поддержанным РНФ. В этом проекте ЮНЦ сотрудничает с Южным федеральным университетом, — рассказывает руководитель проекта, зампредседателя ЮНЦ РАН, доктор физико-математических наук Валерий Калинчук.

Ученые стремятся разработать теорию, которая позволила бы прогнозировать, к чему приведет изменение размерных параметров пленок и их подложек. Пока что новые свойства материалов обнаруживаются физиками, по сути, вслепую — с помощью экспериментов по принципу "а давайте попробуем". Теория же и хорошая модель в случае успеха позволит резко сократить время и силы на поиски пленок с нужными, заранее заданными свойствами.

Как предполагают разработчики, на базе их исследований можно будет создавать перспективные электронные устройства. Например, регулируемый частотный фильтр. Пока что существующие фильтры конструктивно настроены на строго определенную частоту, хочешь изменить ее — ставь новый фильтр. А это недешево.

Так вот, это неудобство, в принципе, преодолимо. Ученые установили: подавая даже слабое напряжение на сегнетоэлектрическую пленку, можно сдвинуть частоту фильтра, причем ощутимо. Правда, чтобы получить все это, предстоит выполнить сложнейшие математические расчеты. Ученым в этом поможет суперкомпьютер, который им удалось приобрести за счет средств гранта.

Планируется также изучить созданные на базе сегнетоэлектрических пленок сверхминиатюрные датчики. Небольшие кусочки фольги с нанесенной пленкой, приклеенные к различным механическим конструкциям, могут чутко реагировать на малейший их изгиб, деформацию, а также регистрировать колебания вплоть до сверхнизкочастотных — в сотые и тысячные доли герца.

За счет детального изучения таких тонкопленочных структур специалисты рассчитывают получить аномально высокий пьезоэффект. Это позволит на его базе создавать датчики значительно более высокого уровня и, возможно, произвести настоящий переворот в метрологии.

Читайте также:

Михаил Ковальчук - физик и лирик кристаллографии

Секретный документ уничтожится сам