Ukrainian Scientists Worldwide

Українські науковці у світі

Монография Ю. А. Кругляка "Наноэлектроника «снизу – вверх»", устанавливающая связь между нанофизикой и квантовой химией, доступна для свободного скачивания на www.twirpx.com и www.bookzz.org

Одесса: ТЭС, 2015 – 535 стр.; 276 рис.; 3 табл.; 505 лит.

Книга посвящена современной наноэлектронике в концепции «снизу – вверх», основы которой были заложены еще Рольфом Ландауэром, а ныне активно развиваемой Суприе Даттой, Марком Лундстромом и другими исследователями. Подробно рассмотрена обобщенная модель транспорта электронов и переноса тепла в микро- и наноэлектронике, одинаково пригодная для 0D, 1D, 2D и 3D резисторов произвольного масштаба, характеризуемых любой наперед заданной дисперсией и работающих в баллистическом, диффузионном и промежуточных режимах. В первой части рассматривается классический транспорт, а во второй – квантовый, включая начала спинтроники, магнетроники и молекулярной электроники, на основе метода неравновесных функций Грина в матричном представлении вплоть до квантовой природы классики.

Книга предназначена прежде всего для студентов, магистрантов, аспирантов и преподавателей университетов естественно-научного профиля, как физиков, химиков, так и будущих электроинженеров. Чтобы сделать книгу доступной даже студентам младших курсов, пожалуй, достаточно знать лишь основы линейной алгебры и дифференциальных уравнений, а в области физики понадобятся лишь самые начальные сведения из квантовой механики. Вместе с тем в книге используются новые подходы в преподавании весьма сложных разделов общей физики, что позволило включить в книгу новейшие результаты в области нанофизики, в частности, спинтроники, мало известные русскоязычной университетской аудитории.

Предисловие

        У каждого из нас есть мобильный телефон или смартфон или планшет, а многие, особенно студенты и офисные служащие пользуются ноутбуками и стационарными персональными компьютерами. Каждое из этих удивительных устройств имеет от одного до четырех и более миллиардов нанотранзисторов (нанорезисторов), токопроводящая область которых составляет всего несколько сот атомов. В лабораториях уже созданы нанотранзисторы, работающие на одном атоме или на одной молекуле (от молекулы водорода до практически любой другой). Это – наше будущее. Предстоящие годы ознаменуются постепенным переходом от зарядовой архитектуры компьютеров к спиновой архитектуре, появятся компьютеры со спиновой структурой хранения и передачи информации, а для этого нужны магниты для создания спиновых конденсаторов и устройства для передачи информации от магнита к магниту. Надежды связывают с молекулярными магнитами.

        Бурное развитие наноэлектроники в последние 15 – 20 лет привело не только к созданию и широкому использованию нанотранзисторов и других разнообразных наноразмерных устройств электроники, но и к более глубокому пониманию причин возникновения тока, обмена и рассеяния энергии и принципов работы электронных устройств в целом как наноразмерных, так и привычных электронных приборов. В наши дни фактически происходят революционные события в электронике, что влечет за собой необходимость пересмотра содержания университетского физического образования. Похожая революционная ситуация наблюдалась 65 лет назад после открытия транзистора, что привело не только к повсеместному использованию устройств микроэлектроники, но и к коренному пересмотру университетских и инженерных курсов общей физики, не говоря уже о специальных курсах в области электроники и смежных дисциплин.

        С времен становления физики твердого тела используемые в электронике материалы характеризовались интегральными свойствами такими, например, как подвижность носителей тока или коэффициент оптического поглощения, с дальнейшим их использованием для объяснения наблюдаемых физических явлений и моделирования различных электронных устройств (концепция «сверху – вниз»). С переходом в наши дни к нанотехнологиям нано- и молекулярные транзисторы требуют с самого начала для своего описания и моделирования применения законов квантовой механики и неравновесной статистической термодинамики, что неизбежно приведет к пересмотру физического образования уже на начальных университетских курсах.

  Обращает на себя внимание то обстоятельство, что впечатляющие и взрывные успехи экспериментальной наноэлектроники практически не повлияли на то как мы думаем, обучаем и объясняем понятия сопротивления, электрической проводимости, переноса тепла и  работу  электронных  устройств  в  целом.  И  поныне по историческим причинам доминирует привычная концепция «сверху – вниз», от массивных проводников до атомов и молекул. Такой подход был вполне приемлем до тех пор, пока не было достаточного массива экспериментальных данных по измерению электрической проводимости нанопроводников. В последнее десятилетие ситуация изменилась. Накоплены обширные экспериментальные данные для предельно малых проводников. Началась разработка концепции электрической проводимости «снизу – вверх», которая не только оказалась совместимой с концепцией «сверху – вниз», но и привела к переосмысливанию принципов работы обычных электронных устройств.

Есть еще один круг задач, для решения которых концепция «снизу – вверх» особенно привлекательна. Это – транспортные задачи, задачи переноса электронов и передачи тепла. В обычной электронике перенос электронов  описывается законами механики – классической или квантовой. Перенос электронов по массивному проводнику сопровождается выделением тепла, что описывается законами термодинамики. Процессы в механике обратимы, а в термодинамике необратимы. Разделить эти два процесса  –  движения электронов и выделения тепла – строго говоря, невозможно. Совсем другая ситуация в наноэлектронике. Здесь процессы движения электронов и выделения тепла пространственно разделены: электроны движутся упруго (без потери энергии), иначе говоря, баллистически, а выделение тепла происходит лишь на границах проводника с его контактами. Развитие концепции «снизу – вверх» Р. Ландауэром, С. Даттой, М. Лундстромом и другими исследователями привело в конечном итоге к созданию объединенной модели переноса электронов и тепла в электронных устройствах как наноскопических, так и микро- и макроскопических, произвольной размерности 1D, 2D и 3D и работающих в баллистическом, диффузионном и промежуточных режимах,   изложению которой и посвящена настоящая книга.

Содержание см. в прилагаемом файле

 

Все публикации, положенные в основу книги, находятся в свободном доступе по адресам:

https://www.researchgate.net/profile/Yuriy_Kruglyak

https://www.linkedin.com/in/kruglyak

https://odeku.academia.edu/YuriyKruglyak

Views: 65

Attachments:

Наші партнери:

Увага! у зв'язку з технічними роботами посилання з цього розділу перенесено на сторінку Партнери

© 2017   Created by Khalavka Yuriy (Халавка Юрій).   Powered by

Badges  |  Report an Issue  |  Terms of Service