wpe7.jpg (5902 bytes)

Итак, лауреатом Нобелевской премии по физике за 2000 год стал российский физик, петербуржец
Жорес Иванович Алферов.

Это большой праздник для всей российской науки. Праздник после более чем десятилетней жесточайшей борьбы за само существование науки в стране, когда порой казалось, что еще несколько лет, и уйдут последние пенсионеры из опустевших и холодных институтов. И пусть даже эта премия не сможет согреть и осветить все полутемные лаборатории – на нашей улице праздник.

Это большой праздник для ПерсТ’а, для его читателей, потому что гетероструктуры, нано- и оптоэлектроника - это одна из основных тем нашего бюллетеня. Нобелевская премия – это признание важности этого направления, той роли, которую играет физическое обеспечение информационной революции. Сотрудники ПерсТ’а горды тем, что наши читатели причастны к тем замечательным результатам, которые были оценены в этом году Нобелевской премией и искренне поздравляют их.

Наконец, это большой праздник для Петербургского Физико-технического института, директором которого является нынешний лауреат. Старейший физический институт страны, Физтех явился колыбелью очень многих институтов и научных направлений, воспитал созвездие классиков физики и техники. Однако признания и высшие награды мирового научного сообщества присуждались его сотрудникам в годы, когда они уже работали вне института – это премии Н.Н.Семенову, Л.Д.Ландау, П.Л.Капице. Поэтому премия этого года еще и немножко восстанавливает справедливость – и мы поздравляем Физико-технический институт и его сотрудников, мы очень рады за них.

И, конечно же, нельзя не поздравить самого Жореса Ивановича. Его увлеченность физикой, а также его страсть служению всей науке даже за пределами области непосредственных профессиональных интересов общеизвестны и наконец-то отмечены наградой заслуженной величины. И что особенно радует – лауреат явно не собирается успокаиваться. На следующий же день после известия о присуждении премии Жорес Иванович бросился в бой с нашим парламентом за будущее всей российской науки.

Так держать, Жорес Иванович!
“Оставшиеся оптимисты” - с Вами
и
искренне поздравляют Вас!

НЕОЖИДАННОСТИ

В 300 раз быстрее света?
Именно так (но без вопросительного знака) озаглавлено сообщение на http://perl.spie.org/cgi-bin/news.pl?id=1693. “Обгоняя фотон” – на этот раз сообщение в июльском выпуске NATURE [1], и в том же номере подробная статья самих авторов эксперимента [2]. Пошатнулся один из краеугольных камней современного естествознания? Судьба всех фундаментальных положений – подвергаться сомнениям, а устойчивость к попыткам опровержения и делает то или иное положение по настоящему фундаментальным.

На этот раз “контрольной” дистанцией для светового луча явилась шестисантиметровая кювета, наполненная парами цезия. Исследователи из NEC (Prinston) пропустили через нее 3.7 микросекундный световой импульс и обнаружили, что импульс приходит на 63 наносекунды быстрее, чем через ту же кювету при условии, что пары цезия в процессе не участвуют (форма светового импульса на выходе кюветы при этом строго совпадала в обоих случаях). Проделав арифметические действия, можно убедиться, что свет вышел из кюветы, еще не войдя в нее!

Объект был выбран не случайно. Атомы цезия в кювете накачивались дополнительным источником света, так что поглощение было скомпенсировано. Фотоны зондирующего луча могли, возможно, вызывать испускание фотонов чуть впереди себя (в пределах длины волны). Качественно подобных эффектов можно было ожидать. Ситуация напоминала эстафетный бег, когда бегуны передают палочку на вытянутых руках – в такой ситуации бежать приходится меньше, и время пробега оказывается короче.

Разумеется, результат не остался незамеченным и получил существенный резонанс. Специалисты горой стали в защиту теории относительности, например, [3]. Тут то и выяснились подробности, прежде не доходившие до широкой общественности. Оказывается, впервые подобный результат был получен еще в 1982 [4] с использованием микроволнового излучения. И раньше, и позже были более или менее успешные попытки получения сверхсветовой скорости распространения – вот только скорости чего?

Именно этот вопрос оказался ключевым в интерпретации результатов [2]. Световой импульс, для которого была зарегистрирована сверхсветовая скорость распространения, является волновым пакетом – своеобразным интерференционным максимумом, на скорость перемещения которого ограничения теории относительности не распространяются. Его скорость определяется групповой скоростью, которая зависит от закона дисперсии. Авторы работы понимали это, как минимум, не хуже своих критиков – ведь это они создали установку, и оптическая накачка атомов в кювете (и другие экспериментальные приемы) как раз создавали необходимый закон дисперсии, что привело к сверхсветовой скорости.

Инцидент улажен? Почти, но не окончательно. Ибо теорией относительности запрещено не только перемещать тела со скоростью, большей “с”, но и передавать сигналы. Но, как известно, именно импульс, а не бесконечная гладкая синусоида может нести информацию; именно скорость распространения импульса, как бы ее не объясняли, оказалась превышающей “с”. В результате специалисты пока не похоронили эксперимент. В частности, формулируется (ссылка в [2]), что дискретную информацию может переносить фронт прямоугольного импульса, и, следовательно, все необходимо перепроверить при соответствующих условиях. А пока в информационных рассылках инженерного направления обсуждается возможность ускоренной передачи информации, сами авторы, понятное дело, не спешат это опровергать.

Разрешение противоречия, по-видимому, простое, но в доступной для редакции ПерсТ'а литературе оно не прозвучало. Кроме того, уж совсем интересный вопрос – а что будет, если для зондирования в описанном выше эксперименте будет использован режим единичных фотонов? М.Компан

  1. Nature, 2000, 406, p.243
  2. ibid p.277
  3. Physics World, 2000, 13(9), p.21
  4. Phys.Rev.Lett.1982,48, p.738

НАНОСТРУКТУРЫ

Самоорганизованные Ge наноконусы как полевые эмиттеры
Существуют три способа заставить твердое тело испускать электроны. Первый состоит просто в нагреве вещества, когда под действием теплового возбуждения в твердом теле появляются достаточно энергичные электроны, способные преодолеть существующий на поверхности барьер равный работе выхода. Явление термоэмиссии до сих пор широко используется для создания электронных потоков, например, в электронно-лучевых трубках. В втором способе для создания энергичных электронов используют свет с подходящей длиной волны, поглощая кванты которого, электроны и приобретают энергию, необходимую для вылета из твердого тела. Фотоэмиссия лежит в основе действия фотоэлектронных умножителей и электронно-оптических преобразователей, а также является одним из основных методов исследования электронной структуры твердого тела. Наконец, в третьем способе электроны извлекаются из твердого тела путем приложения сильного электрического поля. Поле превращает прямоугольную потенциальную ступеньку на поверхности в треугольный потенциальный барьер, сквозь который электроны уже могут туннелировать в вакуум. Для создания поля высокой напряженности (а для полевой эмиссии необходимы поля порядка 1011В/м) твердое тело изготавливают в виде острия, на котором концентрируются силовые линии. Если использовать полевую эмиссию для создания дисплеев, то на единице площади эмиттера необходимо изготовить как можно больше острий одинакового (малого) размера и формы. На кремнии эта задача выполнима при использовании методов фотолитографии и специальных способов травления. Дело это, однако, хлопотное и дорогое, если учесть, что для эффективной полевой эмиссии радиус скругления острия должен составлять единицы нанометров. Поэтому безусловный интерес представляет возможность использовать в качестве полевых эмиттеров эпитаксиальные наноостровки германия конусообразной формы, которые формируются сами собой при выращивании на подложке кремния с ориентацией (111). Первые эксперименты в этом направлении описаны в публикации исследователей из Univ. Pune, Индия (См.: V.N.Tondare et al Self-assembled Ge nanostructures as field emitters Appl.Phys.Letters, 2000, 77(15), р.2394, 9 October).

Германиевые островки формировались на подложке Si (111) со сверхструктурой 7х7 путем вакуумного напыления Ge до эффективной толщины 2.5нм при температуре 650К. По данным атомно-силовой микроскопии на поверхности образовался массив германиевых конусов плотностью около 108см-2 со средним радиусом скругления при вершине 5нм. Затем подложка была вмонтирована в стеклянный корпус с фосфоресцентным экраном (2см от эмиттера) и откачана до давления 10-8–10-9Тор. Измерялись вольт-амперные характеристики прибора. Эмиссионный ток в 1нА наблюдался уже при смещении в 200В, а при напряжении 12.5кВ составлял 40мкА и был достаточно стабилен во времени (по крайней мере, в течение 3 часов). Если учесть, что в результате переноса из ростовой камеры в стеклянный корпус Ge окислился, и никаких специальных мер по его очистке не предпринималось, то использование германиевых наноконусов, самоформирующихся в гетеросистеме Ge/Si(111) в качестве полевых эмиттеров выглядит достаточно многообещающим.

Кулоновские трюки в квантовой точке
Одноэлектронная емкостная спектроскопия (SECS) позволяет проводить тонкие исследования электронных состояний в квантовой точке. Метод заключается в том, что рядом с квантовой точкой размещают металлический электрод, с которого электроны могут туннелировать в квантовую точку друг за другом при изменении напряжения на электроде затвора, который связан с точкой емкостным образом и регулирует ее потенциал. Если отмечать моменты добавления электрона в точку на шкале напряжения на затворе, то получается т.н. спектр добавления электрона. Ввиду сильного кулоновского взаимодействия этот спектр не имеет никакого отношения к одноэлектронному спектру состояний в квантовой точке. Согласно обычной теории кулоновской блокады в одноэлектронном транзисторе с центральным островком, содержащим большое число электронов, например, металлической частицей, моменты добавления нового электрона на островок идут строго регулярно, т.е. спектр регулярный. Иными словами, всякий раз для электрона требуется одна и та же энергия. В случае квантовой точки с числом электронов N<200 все может быть гораздо сложнее. Спектральные линии могут группироваться (bunching) и даже почти совпадать (paring). Последнее означает, что за одну цену в смысле энергии в квантовую точку могут зайти два электрона.

C.M.Canali из Lund University (Швеция) произвел квантовомеханический расчет спектра добавления электронов в точку для N<10. Предполагалось наличие локализованных состояний электронов в точке с разбросом энергии, моделирующим беспорядок. Электроны взаимодействуют друг с другом кулоновским образом, но только с ближайшими соседями, что возможно при экранировании. Конечно, такая модель не очень соответствует реальной ситуации, но упрощает расчет и позволяет качественно разобраться с наблюдаемым на эксперименте явлением и его зависимостью от таких параметров системы. Расчет показал, что предложенная модель действительно дает спаривание, т.е. обнаружены случаи, когда добавление электрона в систему почти не увеличивает ее энергию.

Phys. Rev. Lett., 2000, 84, p.3934

Спиновый и псевдоспиновый транзисторы
V.J.Gilbert и J.P.Bird (Arizona State University) предлагают использовать квантовый точечный контакт в качестве спинового фильтра [1]. Известно, что в присутствии внешнего магнитного поля такой контакт может действительно сепарировать электроны по направлению их спина. Объяснение простое. Электроны на уровне Ферми обладают одинаковой полной энергией (кинетическая + магнитная), следовательно, кинетическая энергия у электронов с разной ориентацией спина разная. Контакт открыт для электронов с кинетической энергией, превышающей высоту потенциального барьера в контакте, поэтому возможна ситуация, когда контакт открыт только для электронов с определенной ориентацией спина. Прибор может быть реализован на основе структуры с расщепленным затвором, формирующим сужение в двумерном электронном газе. Локальное магнитное поле может создаваться пропусканием тока по тонкой металлической нити, расположенной вблизи этого сужения.

P.Rechter, Е.V.Sukhorukov и D.Loss из University of Basel (Швейцария) показали, что квантовая точка может служить в качестве спинового фильтра [2]. Оказывается, что величина тока через точку в режиме кулоновской блокады в присутствии внешнего магнитного поля зависит от ориентации спина электрона в квантовой точке. Это связано с тем, что энергия добавления электрона в квантовую точку зависит от ориентации его спина по отношению к спину исконного электрона. Устройство может быть использовано в качестве спинового транзистора, а также в качестве предельного элемента магнитной памяти (всего на одном спине). Важным может оказаться применение этой конструкции для электрического измерения состояния кубита в спиновом квантовом компьютере.

C.-M.Hu и D.Heltmann из Universitat Hamburg (Германия) также отталкивались от идеи спинового транзистора, в том виде как она была изначально изложена Datta и Das. Несмотря на простоту этой идеи, ее практическая реализация натолкнулась на значительные трудности, главная из которых состоит в изготовлении хорошего ферромагнитного контакта к полупроводнику. По первоначальной задумке ферромагнетик должен поставлять поляризованные по спину электроны. Отметим, что 4 упомянутые выше конструкции лишены этого недостатка. Однако немецкие ученые пошли по другому пути, предложив конструкцию транзистора, в котором спин вообще не играет роли. Используется аналогия прецессии спина и динамики двухуровневой квантовой системы. В качестве альтернативы спиновому транзистору предлагается структура, состоящая из двух туннельно связанных квантовых ям [3]. Двумя наинизшими уровнями поперечного квантования в ней являются симметричное и антисимметричное состояния. Электрон, запущенный в одну яму, по мере распространения может переходить в другую яму, что аналогично процессу переворота спина. Этим процессом можно управлять с помощью внешних электродов. Уже весьма давно аналогичная идея была выдвинута для двух туннельно связанных квантовых нитей, о чем и ПерсТ сообщал, но, видно, в Германии его не читают.

  1. Appl. Phys. Lett., 2000, 77, p.1050
  2. Phys. Rev. Lett., 2000, 85, p.1962
  3. Appl. Phys. Lett., 77, p.1475

СВЕРХПРОВОДНИКИ

Сверхпроводимость: позавчера, вчера, сегодня, завтра
В заголовок этой заметки вынесено название обзора В.Л.Гинзбурга, опубликованного в журнале “Успехи физических наук” (2000, т.170, №6, с.619). В своем обзоре один из основоположников теории сверхпроводимости делает экскурс в историю и делится соображениями о возможном будущем сверхпроводников.

Позавчера (1911-1941)

Открытие в 1911 году Камерлинг-Оннесом сверхпроводимости ртути при Tc= 4.15К положило начало одному из самых увлекательных разделов современной физики и серии нобелевских премий за исследования в этой области. Интересно, что непосредственное измерение электросопротивления ртути проводил Г.Холст (квалифицированный физик, в дальнейшем – профессор Лейденского университета), который и наблюдал первым падение R до нуля.

Так как Лейденская лаборатория "владела монополией" на жидкий гелий вплоть до 1923 года, то даже повторить опыты Камерлинг-Оннеса никто не мог, и он продолжал свои исследования в одиночку (по крайней мере, имя Холста нигде не упоминалось). Вскоре вслед за ртутью были открыты и другие сверхпроводники: олово (Tc=3.69К), свинец (Tc=7.26К) и т.д. Первый сверхпроводник вне Лейдена был открыт лишь в 1928 году. В 1914 году выяснилось, что существует критическое для сверхпроводимости магнитное поле Hc(T), величина которого при T=0 составляет 411Э для ртути и 803Э для свинца. Интересно, что Камерлинг-Оннес был близок к открытию изотопического эффекта (в 1922 году) и эффекта Мейснера (в 1924 году). Но так как изотопический сдвиг Tc в использованных Камерлинг-Оннесом изотопах свинца составлял всего лишь (DELTA)T0.01К, то изотопический эффект он не имел экспериментальных возможностей обнаружить. А наблюдать эффект Мейснера в свинцовом шаре Камерлинг-Оннесу не позволило то обстоятельство, что он изучал полый шар, экономя дефицитный жидкий гелий (эффект Мейснера был открыт лишь в 1933 году).

В теории дела на первых порах обстояли значительно хуже. И связано это было прежде всего с тем, что даже свойства нормального состояния металлов долгое время оставались неясными – вплоть до применения квантовой механики к вырожденному ферми-газу в конце 20-х годов. Как пишет В.Л.Гинзбург, "первый период в изучении сверхпроводимости … в отношении микротеории сверхпроводимости окончился пониманием существования подлинной проблемы, но признанием неясности на пути ее решения", несмотря на то, что понять природу сверхпроводимости пытались даже такие мэтры как Эйнштейн и Бор. Теоретики ограничились лишь двухжидкостной моделью Гортера-Казимира (1934 год), согласно которой в сверхпроводнике, наряду со сверхпроводящим током, может течь и нормальный ток, обусловленный "нормальными электронами". Справедливости ради надо отметить, что эта модель позволила Лондонам в 1935 году дать качественное объяснение эффекта Мейснера.

Ближе к концу периода "позавчера" Л.В.Шубниковым были открыты сверхпроводники второго рода (1935 год), отличавшиеся от известных к тому времени сверхпроводников своим поведением в магнитном поле (как выяснилось позже, подавляющее большинство сверхпроводящих материалов относится именно к классу сверхпроводников второго рода). Причины этого отличия тогда также остались неясны.

Вчера (1942-1986)

Отмечая условность временной границы между "позавчера" и "вчера", В.Л.Гинзбург переходит к феноменологической теории Гинзбурга-Ландау (1950 год), в которой сверхпроводимость описывается на языке параметра порядка. Эта теория позволила получить для сверхпроводников ряд важных термодинамических соотношений, объяснить поведение сверхпроводящих пленок в магнитном поле, эффекты переохлаждения и перегрева и т.д. В рамках теории Гинзбурга-Ландау находит объяснение и факт существования сверхпроводников первого и второго рода (Абрикосов, 1957 год). Интересно, что анализ экспериментальных данных на основе теории Гинзбурга-Ландау позволил сделать оценку эффективного заряда e*, который оказался примерно в два раза больше, чем заряд электрона. Но мысль об объединении электронов в пары тогда никому не пришла в голову, хотя к тому времени уже давно была опубликована статья Огга (1946 год), в которой выдвигалась идея о спаривании электронов с их последующей бозе-эйнштейнов-ской конденсацией.

Прорыв наступил в 1957 году, когда Бардин, Купер и Шриффер создали свою знаменитую теорию БКШ, описав явление сверхпроводимости на микроскопическом уровне (вторая Нобелевская премия по сверхпроводимости). Теория БКШ вскрыла механизм сверхпроводимости. Было выяснено, что в его основе лежит электрон-фононное взаимодействие, которое приводит к образованию куперовских пар, переносящих "сверхток". Теория БКШ естественным образом объяснила изотопический эффект, открытый в 1950 году, и, что очень важно, позволила выразить критическую температуру Tc через фононные и электронные характеристики. В результате этого появилась возможность вести осмысленный поиск новых сверхпроводников с более высокой Tc из числа материалов с большими значениями дебаевской температуры и константы электрон-фононного взаимодействия. Для гипотетического металлического водорода была предсказана огромная Tc=(200 - 300)К. Но теперь "подкачал" уже эксперимент. Максимум, чего удалось добиться за 30 лет со времени публикации БКШ – это повысить Tc до 24К в Nb3Ge (1973 год).

А теория продолжала развиваться и в другом направлении. В 1964 году Литтл и Гинзбург независимо высказали идею о возможном нефононном механизме сверхпроводимости в низкоразмерных (квазиодномерных или квазидвумерных) системах. Было показано, что замена фононов на экситоны (возбуждения подсистемы связанных электронов) в принципе позволяет повысить Tc до (50 - 500)К. Однако поиск таких сверхпроводников не увенчался успехом.

Сегодня (1987-?)

"Сегодня" начинается с очередной (уже третьей!) Нобелевской премии за открытия в области сверхпроводимости. Ее получили Беднорц и Мюллер, которые синтезировали сверхпроводник Ba-Sr-Cu-O, проложив тем самым тропинку к целому классу высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) с Tc~100К (наконец-то был преодолен так называемый "азотный барьер"). В сверхпроводимости начался настоящий "бум". В среднем публиковалось около 15 статей в день. Однако к концу второго тысячелетия картина высокотемпературной сверхпроводимости остается совершенно неясной.

До сих пор непонятен механизм сверхпроводимости ВТСП. Не исключено, что он является фононным. Обсуждаются также спиновый, экситонный и другие электронные механизмы. Ни одна из предложенных моделей не лишена недостатков и не позволяет объяснить всю совокупность экспериментальных фактов. По-видимому, при описании ВТСП нельзя ограничиваться каким-либо одним типом взаимодействия.

Дело осложняется тем, что даже в нормальном состоянии ВТСП обладают рядом необычных свойств. Некоторые авторы, к числу которых относится известный физик Ф.Андерсон, подвергают сомнению возможность использования ферми-жидкостных представлений для описания ВТСП. "Будущее покажет, так ли это", - говорит В.Л.Гинзбург. Но если фононный механизм в ВТСП окажется все же определяющим, то величина Tc в классе медных оксидов вряд ли превысит 200К.

Весьма примечательно, что В.Л.Гинзбург оставляет конец периода "сегодня" неопределенным. Автору хотелось бы, чтобы событием, которым закончится этот период, стало понимание механизма сверхпроводимости ВТСП.

Завтра

В этот период, будем надеяться, реализуется "голубая мечта" – комнатно-температурная сверхпроводимость с Tc=(300 - 400)К. В соединениях, какого типа? Трудно сказать… Возможно, это будут слоистые квазидвумерные системы, а может быть – что-то такое, о чем мы сейчас и не подозреваем. Когда это произойдет – тоже неизвестно. По словам В.Л.Гинзбурга, "у нас имеется один естественный рубеж – 2011-й год, то есть столетие со дня открытия сверхпроводимости".

А послезавтра?

В.Л.Гинзбург в своем обзоре не рассматривает этот временной период. Заглянуть бы в него хоть одним глазком! Будем ли жить в эту пору прекрасную…

Л.Опенов

ВТСП кабель для действующей энергосистемы
Интенсивные исследования в течение почти 15 лет после открытия ВТСП привели к созданию кабеля, способного работать в энергосистеме. American Superconductor Inc. анонсировала, что приступила к изготовлению 30км ВТСП электрического кабеля. Кабель будет поставлен Pirelli Cables and System, которая приступила к строительству новой потребительской энергосистемы в Милане (Италия). Сверхпроводники способны передавать мощность, в 100 раз превышающую мощность, передаваемую медным проводом соответствующего размера. Кабель Pirelli, состоящий из 3 ВТСП жил, будет передавать мощность 100МВт, заменяя 9 медных кабелей. Pirelli разрабатывала прототип сверхпроводящей системы в течение 9 лет. Завершенный недавно прототип включает кабель длиной 49.5м, выводные контакты и систему охлаждения до азотной температуры. По мнению American Superconductor Inc., разработанный ею сверхпроводящий кабель найдет применение не только в линиях электропередач, но также в электрических моторах и генераторах.

http://www.eetimes.com/story/OEG20000927S0079

ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ

Механизмы насыщения тока полевой эмиссии углеродной нанотрубки
В предыдущем выпуске ПерсТ'а (от 30.09) сообщалось об успехах ф.Samsung в разработках дисплея на нанотрубках. Между тем, в литературе, несмотря на обилие публикаций, нет полной ясности в понимании физических механизмов, ответственных за электронную эмиссию нанотрубок. Предельные значения тока электронной эмиссии нанотрубок у различных авторов имеют разброс в несколько порядков величины. Возможно, это обусловлено существованием нескольких механизмов ограничения тока электронной эмиссии, которые срабатывают в зависимости от условий синтеза и очистки материала. Недавно детальное исследование механизмов эмиссии в нанотрубках проведено специалистами ф. Motorola (США) [1]. Эксперименты проводились либо на пленке из нескольких однослойных нанотрубок (длиной ~ 1.7мкм), очищенных термическим отжигом и спрессованных в протяженную нитевидную структуру, либо на индивидуальных нанотрубках. Вольт-амперные характеристики исследуемых объектов, измеренные при малых напряжениях, хорошо согласуются с теорией Фаулера-Нордгейма. Однако с ростом напряжения (свыше 1000В) измеряемый ток все больше отличается (в меньшую сторону) от значения, соответствующего теории Фаулера-Нордгейма. При высоких напряжениях (1600-1800В) отклонение составляет 100-10000 раз. Исследования, выполненные с индивидуальной нанотрубкой, указывают на явно выраженный эффект насыщения тока эмиссии, проявляющийся в диапазоне токов 100 – 300нА. Эффект сопровождается двадцатикратным увеличением частоты флуктуаций тока и заметными изменениями внешнего вида (под микроскопом) самого источника эмиссии. Авторы считают, что основной механизм насыщения связан с присутствием на эмиттирующей поверхности адсорбированных атомов примеси, вызывающих увеличение тока эмиссии примерно на два порядка. Тщательная очистка поверхности нанотрубок от примесей (нагревом образца в вакууме до 900К) приводила к снижению тока эмиссии и устранению эффекта насыщения тока, который в этом случае хорошо описывается зависимостью Фаулера-Нордгейма вплоть до значений на уровне 2мкА. Таким образом, эмиссионные характеристики нанотрубок весьма чувствительны к степени очистки материала, а также к качеству вакуумной системы.

Appl. Phys. Lett. 2000, 76, p.375

ВЕСТИ С КОНФЕРЕНЦИЙ

Международная конференция по прикладной сверхпроводимости, ASC-2000
С 17 по 22 сентября 2000 г. проводилась Международная конференция по прикладной сверхпроводимости (ASC2000) – самый популярный форум по применениям сверхпроводников в электронных и электротехнических устройствах, включая разработку и исследование сверхпроводниковых материалов. Конференция проходила в прекрасном курортном городке Вирджиния Бич на восточном побережье США. Организатором конференции был Гарольд Вайнсток из научного отдела дирекции военно-воздушных сил США. Количество участников конференции приближалось к 2 тысячам. Девизом конференции был лозунг “Технология для XXI века”. Как обычно, конференция состояла из трех частей, соответствующих областям применений сверхпроводимости: материалы, электроника, сильноточные применения. Здесь мы остановимся, в соответствии с интересами автора, только на докладах, касающихся электронных применений сверхпроводников.

В секции “Сверхпроводниковая электроника” обсуждались:

Число докладов в каждом из разделов варьировалось от 50 (по специальным устройствам) до 100 (по сквидам и их применениям). Уже в течение нескольких конференций по прикладной сверхпроводимости число сообщений по сквидам неуклонно растет. Эта область сверхпроводниковой электроники наиболее близка к применению в медицине, промышленности и военной сфере. Увеличилось число работ по использованию сквидов в качестве магнитных микроскопов. Как отметил в обзорном докладе Х.Кох из Физико-технического института (ФРГ), широкое применение сквидов в медицине сдерживается только известной консервативностью самих медиков в связи со сложностью и непривычностью для них интерпретации результатов магнитных измерений (привычны для них - измерения электрических полей).

Судя по числу докладов, не утихает интерес к разработке и совершенствованию технологии НТСП и ВТСП сверхпроводниковых элементов. В НТСП технологии отмечены две новые тенденции:

На состоявшейся после ASC’2000 сателлитной однодневной конференции было отмечено, что получение Nb двухбарьерных структур с характерным напряжением 1мВ позволило бы создать сверхпроводниковые цифровые схемы с быстродействием до 100ГГц.

В Университете штата Нью-Йорк идут по пути увеличения плотности критического тока туннельных переходов за счет уменьшения толщины изолирующей прослойки. По их данным в результате получается нечто промежуточное между туннельным переходом и множественным точечным контактом. Представлены экспериментальные данные и разработана теория, которая описывает свойства таких переходов. Заявлено о хорошей воспроизводимости параметров таких переходов.

Большое число докладов обсуждает технологию ВТСП джозефсоновских переходов. Наибольшие усилия направлены на получение торцевых (RAMP) переходов с прослойкой из нормального металла. Лидерами в этом направлении являются японские технологи. Однако достигнутые на сегодня воспроизводимость и разброс параметров торцевых переходов пока не достаточны для изготовления сверхпроводниковых схем даже средней степени интеграции. Продолжаются работы по использованию ВТСП переходов на бикристаллических подложках в схемах малой интеграции (типа сквидов). Отмечено две интересные работы по бикристаллам:

Интересный обзор по технологии представил Бозович (руководитель ф. OXXEL, ФРГ). Он считает, что основной упор следует делать на получение пленочных элементов методом молекулярной эпитаксии при высоком локальном давлении кислорода. Показанная на заседании фотография соответствующей установки ф. OXXEL с бесчисленными полезными “наворотами”, не оставляет сомнения в том, что мы действительно имеем дело с технологией XXI века. Подобных машин не более 20 по всему миру, большинство находится в Японии. Однако дороговизна таких систем, отсутствие на сегодняшний день реальных результатов, подтверждающих правильность подхода, не позволили присутствующим на лекции разделить оптимизм Бозовича по поводу скорейшего решения проблемы создания воспроизводимой технологии ВТСП переходов. Решение этого вопроса требует дополнительных исследований в различных направлениях. Интересным в этой связи является замена 123 YBCO пленок на неодимовые (NBCO), поверхность которых более гладкая, чем у YBCO. Работы в этом направлении ведутся в ряде групп Японии и Европы, а также (насколько известно автору) на химическом факультете МГУ.

Относительно сверхпроводниковых детекторов излучения отмечено, что наряду со смесителями на туннельных переходах, не имеющих конкурентов в мм и субмм диапазонах длин волн, в ряде групп начаты работы по детекторам ИК и рентгеновского излучений на принципиально физических принципах. В этих областях спектра пока нет достаточно чувствительных приемников, поэтому соответствующие сверхпроводниковые разработки просто обречены на успех.

Не было отмечено особенно ярких докладов по цифровым применениям сверхпроводников, хотя число сообщений (~ 70) свидетельствует о значительном интересе к проблеме, подогретой перспективами использования сверхпроводниковых схем в квантовом компьютере. Было представлено несколько докладов по элементам квантового компьютера (кубита) на НТСП и ВТСП элементах.

СВЧ фильтры отмечены в обзорном докладе Б.Виллемсена из фирмы Superconductor Technologies (США), сообщившего о ежегодном удвоении числа сотовых станций со сверхпроводниковыми фильтрами на входе. В настоящее время их число достигло 1000. Весьма остро в этой области стоит проблема перестройки фильтров. Возможным решением может быть использование многослойной ВТСП структуры с сегнетоэлектрической прослойкой.

Г.А.Овсянников (ИРЭ РАН) e-mail:gena@hitech.cplire.ru

32е Совещание по физике низких температур
Очередное Cовещание по физике низких температур НТ-32, проходило в Казани 3-6 октября 2000 года. В работе Совещания приняли участие 208 ученых из России, Беларуси, Молдовы, Украины, Великобритании, Польши, Словакии, США, Финляндии, Чехии, Японии, которые представили более 230 докладов. Тематика НТ-32, наряду с традиционными для подобных совещаний проблемами квантовых жидкостей и кристаллов, сверхпроводимости, низкотемпературной физики твердых тел, включала вопросы физики наноструктур и низкоразмерных систем. Организаторам Совещания (Казанский государственный университет и Казанский физико-технический институт им. Е.К.Завойского КНЦ РАН) при поддержке Министерства науки и технологий России, РАН, РФФИ и фонда НИОКР Академии наук Республики Татарстан удалось оказать финансовую поддержку 44 ученым из России, Молдовы, Украины. По сравнению с предыдущими Совещаниями по физике низких температур, НТ-32 имело свою Web страницу в Интернете (http://www.mi.ru/~dtayursk), что безусловно облегчило обмен информацией между участниками и организаторами. Сейчас на этой странице можно найти программу Совещания, регистрационный список и фотографию участников. Однако, возможности Интернета на этом не были исчерпаны – для ученых из России и стран СНГ, которые в силу финансовых трудностей не смогли участвовать в работе Совещания, была предоставлена возможность выставить свои стендовые доклады, прислав их по электронной почте, и таким же образом получить вопросы от участников Совещания, т.е. были организованы элементы конференции “on-line”.

Впервые в истории низкотемпературных совещаний труды были изданы как в печатной, так и в электронной (CD-ROM) формах. В рамках НТ-32 была проведена выставка научного оборудования для низкотемпературного эксперимента при участии таких известных фирм, как Oxford Instruments Superconductivity (UK), Leiden Cryogenics (The Netherlands), казанских предприятий “Вакууммаш” и “Элекон”, Института физики полупроводников НАН Украины (Киев), Nanoway Oy (Juvaskulya, Finland).

Хотелось бы особо отметить ученых из стран дальнего зарубежья, которые приняли участие в работе Совещания за счет своих личных средств и представили очень интересные обзорные доклады:

Казанскими учеными было сделано четыре пленарных, девять устных и представлено более 30 стендовых докладов, что еще раз подтвердило высокий уровень научных работ, проводимых в Казанском университете и Казанском физико-техническом институте КНЦ РАН.

Следующее, 33е Совещание по физике низких температур намечается провести через два года в Екатеринбурге.

Д.А.Таюрский

Вспомним совещание НТ-29, состоявшееся в Казани в 1992 г., прочитав ниже сообщение из “Новостей ВТСП” за август 1992 г.

Инь и ян в Казани (заметки об НТ-29)
“В каждом холоде всегда есть хоть чуточка тепла”, - так комментировал проф. М.А.Теплов появление древнекитайских символов инь и ян на эмблеме 29-го Совещания по физике низких температур (НТ-29), проводившегося в Казани с 1 по 4 июля 1992 года. И надо сказать, что тепло содержалось не только в фамилии этого уважаемого члена Оргкомитета. Организаторы сделали все возможное, чтобы участники Совещания (впервые после 1935 года лишенного эпитета “всесоюзное”) испытывали как можно меньше неудобств, а небесная канцелярия, в свою очередь, обеспечила хорошую погоду. НТ-29 оказалась почти столь же представительной, как и многие предыдущие НТ, проводившиеся в “доброе” старое время: собралось около 300 участников со всех концов бывшего СССР, а также из Англии, Канады, Чехословакии. Но нынешние экономические и политические неурядицы не могли, конечно, не наложить своего отпечатка: практически не была представлена Прибалтика, а от всей знаменитой грузинской школы низкотемпературщиков был только один представитель. Программный комитет старался по мере сил соблюсти некоторый баланс между различными разделами физики низких температур, но сверхпроводимость, а в особенности ВТСП, имели тенденцию заполнить почти все. Согласно сборнику тезисов соотношение такое: сверхпроводимость – 216 докладов, три остальные секции (квантовые жидкости и кристаллы, электронные явления при низких температурах, низкотемпературная физика твердого тела) – 225 докладов. Особых сенсаций на НТ-29 не прозвучало, чего, впрочем, нетрудно было ожидать (сенсации сейчас редкость), но Совещание оказалось на редкость живым и интересным. В последний день НТ-29 М.А.Теплов при большом стечении народа принес в жертву набежавшей волжской волне большую корзину цветов (за неимением персидской княжны). НТ-30 намечено провести через два года и, по-видимому, в Дубне.

К.И.Кугель

Международная конференция “Фазовые переходы и нелинейные явления в конденсированных средах”, Махачкала, 2000
Конференция проходила с 6 по 9 сентября с.г. в столице Дагестана Махачкале и была посвящена памяти академика Б.Б. Кадомцева. Параллельно проводился IV Международный семинар “Физика магнитных фазовых переходов”, посвященный 90–летию со дня рождения академика С.В. Вонсовского. С мемориальными докладами об Б.Б. Кадомцеве и С.В. Вонсовском выступил чл.–корр. РАН И.К. Камилов, отметивший их вклад в развитие физики вообще и физической науки в Дагестане, в частности.

На конференции работали секции “Магнитные фазовые переходы”, “Магнитные критические явления”, “Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах”, “Критические явления в жидкостях”, “Фазовые переходы и хаос в конденсированных средах” и “Компьютерное моделирование фазовых переходов и критических явлений”. В рамках семинара активно действовала секция “Магнитные критические явления”, посвященная памяти известного дагестанского физика профессора Х.К. Алиева, воспоминаниями о котором поделился К.И. Камилов.

Чтобы дать представление о проблемах, обсуждавшихся на конференции и семинаре, перечислим некоторые пленарные доклады:

На конференции было представлено 178 докладов (включая пленарные, устные и стендовые) от ученых из 20 городов России и 10 стран дальнего и ближнего зарубежья. Из-за финансовых трудностей и постоянной подачи негативной информации о положении в Дагестане центральными средствами массовой информации не все желающие смогли принять участие в работе конференции. Однако приехавшие в Махачкалу ученые были приятно удивлены насыщенностью работы конференции, ставшей уже традиционной, и тем, что вдали от центра по-прежнему успешно работают в ряде областей современной физики целые научные школы. Ещё один отрадный факт – это активное участие в работе конференции молодых ученых. На периферии, вдали от крупных центров, молодёжь не только не уходит из науки, а наоборот всемерно стремится в науку.

Помимо научной, организаторами была подготовлена и культурная программа. Поездки в высокогорный Дагестан (с. Гуниб), древний город Дербент и крепость Нарын–Кала, посещение Воронцовских подвалов винсовхоза “Геджухский” произвели сильное впечатление на участников конференции, завершивших к тому моменту работу в секциях. Погожие солнечные дни дали гостям, жившим в пансионате на берегу Каспия, возможность продлить лето, купаясь в тёплом море.

Хочется надеяться, что плодотворная работа конференции и семинара в Махачкале образца 2000 года станет хорошим стимулом для личного участия ученых в последующих конференциях, которые планируется проводить в Дагестане каждые 2 года.

И.К. Камилов, А.К. Муртазаев.

НОВОСТИ ФИЗИКИ В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ

СВЕРХПРОВОДНИКИ

Разупорядочение магнитных вихрей: пик-эффект и фазовая диаграмма
Представлены результаты численного моделирования системы взаимодействующих магнитных вихрей в разупорядоченном слоистом сверхпроводнике. Построена фазовая диаграмма в координатах температура – магнитное поле. Показано, что с ростом T или H имеет место фазовый переход из упорядоченного вихревого состояния в разупорядоченное. Следствием этого перехода является экспериментально наблюдаемый пик-эффект: максимум на зависимости Ic(H) при некотором Ho. При увеличении степени беспорядка величина Ho уменьшается. Отмечена существенная роль дальнодействующих нелинейных взаимодействий вдоль оси c.

C.J.Olson et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0008350
Contact: Cynthia J. Olson <olson@moran.ucdavis.edu>

Вихревая структура в “underdoped” сверхпроводниках
Нормальное состояние купратных ВТСП с пониженной концентрацией носителей заряда (“underdoped” режим) обладает рядом аномалий и характеризуется наличием псевдощели в спектре возбуждений. Вопрос о том, как правильно описать нормальный кор магнитного вихря в “underdoped” ВТСП пока открыт. В препринте предлагается подход к этой проблеме. Показано, что псевдощель сохраняется и внутри кора. Высказано предположение, что состояние коров характеризуется нарушенной трансляционной симметрией. Предложены эксперименты по проверке развитой теории.

P.A. Lee and X.G.Wen, http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0008419
Contact: Xiao_Gang Wen <wen@dao.mit.edu>

Неквантованное проникновение магнитного поля в сверхпроводники
Как было впервые подмечено независимо Бардином и Гинзбургом в начале 60-х годов, величина переносимого вихрями магнитного потока зависит от расстояния между вихрем и краем образца и может быть меньше одного кванта потока (fi)0 = h/2e. В объемном сверхпроводнике этот эффект становится пренебрежимо мал уже на субмикронных расстояниях от вихря до границы образца. А вот в тонкой сверхпроводящей пленке уменьшение магнитного потока в вихре должно быть заметно на гораздо больших длинах. Тем не менее, в отсутствие непосредственных экспериментальных доказательств, упомянутый эффект долго считался экзотическим и несущественным; практически всегда считалось, что магнитное поле проникает в сверхпроводник второго рода квантами величиной (fi)0. Авторы препринта смогли измерить магнитный поток f индивидуальных вихрей, проникающих в тонкую пленку сверхпроводника и показали, что он, мягко говоря, отличается от (fi)0. Наблюдались, например, вихри с (fi) = 10-3 (fi)0 и даже "отрицательные вихри", проникновение которых в пленку ведет к выталкиванию магнитного потока. Выделяются два основных явления, ответственных за неквантованное проникновение магнитного потока в пленку: эффект конечных размеров и нелинейное экранирование магнитного поля в присутствие поверхностного барьера.

A.Geim et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0009126,
Nature, v.407, p.55-57 (2000).
Contact: Andrey Geim <geim@sci.kun.nl>

Джозефсоновская сканирующая туннельная микроскопия
Предложено в качестве материала иглы сканирующего туннельного микроскопа использовать сверхпроводник. Обсуждаются потенциальные возможности новой методики, к числу которых в первую очередь относится исследование параметра сверхпроводящего порядка с высоким пространственным разрешением, а также определение вторичной компоненты параметра порядка на поверхности образца. Представлена теоретическая модель, основанная на формализме туннельного Гамильтониана.

J. Smakov et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0009310,
submitted to Phys. Rev. B
Contact: Jurij Smakov <jurijus@theophys.kth.se>

НАНОТРУБКИ

Дробный заряд в углеродных нанотрубках
Модель Латтинжера одномерного электронного газа является основой современного понимания свойств взаимодействующих электронов в квазиодномерных физических системах. Недавно было показано, что металлические одностенные углеродные нанотрубки очень хорошо описываются гамильтонианом Латтинжера. При исследовании электрических свойств нанотрубок были обнаружены сильные отклонения от теории ферми-жидкости, что согласуется с моделью Латтинжера. Авторы препринта обсуждают пути экспериментального определения величины дробного заряда квазичастиц (фундаментальной характеристики латтинжеровской жидкости) в нанотрубках.

C.Bena et al., http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0008188
Contact: Smitha Vishveshwara smitha@physics.ucsb.edu

КВАНТОВЫЕ СИСТЕМЫ

Декогеренция в изолированном атоме
Декогеренция квантовой системы за счет ее взаимодействия с окружением приводит к “почти диагональной” матрице плотности, что считается признаком “классического” поведения системы. Авторы препринта показали, что протон в основном состоянии атома водорода может иметь именно такую матрицу плотности. Таким образом, отсутствие (или, точнее, малая величина) недиагональных элементов матрицы плотности может быть следствием взаимодействия с малым числом степеней свободы, играющих роль окружения (в рассмотренном примере – с одним электроном). Показано также, что в этом примере эффекты декогеренции могут наблюдаться лишь в том случае, если взаимодействие с измерительным прибором происходит “быстрее”, чем взаимодействие с окружением (электроном). В противном случае когерентность восстанавливается. Предложен эксперимент по рассеянию нейтронов на холодных атомах гелия, который позволит регистрировать декогеренцию по дополнительному вкладу в дифференциальное сечение рассеяния.

G.Bene and S.Borsanyi, http://xxx.lanl.gov/abs/quant-ph/0008131
Contact: Gyula Bene <bene@sph.elte.hu>


Ответственный редактор
С.Т.Корецкая,
тел: (095) 930 33 89
perst@isssph.kiae.ru

В подготовке выпуска принимали участие:
В.Вьюрков, Л.Журавлева, А.Елецкий, М.Компан, Ю.Метлин, Л.Опенов, А.Чернышева