З’єднання в наноелектроніці, реалізовані за допомогою одного єдиного атома, не настільки тендітні, як може здатися з першого погляду

Останні експерименти американських учених з нанорозмірними «мостами» між двома макроскопічними металевими тілами показують, що зв’язок стає жорсткою, коли ширина «мосту» скорочується до одного атома. Ці результати узгоджуються з припущенням про те, що при таких масштабах домінують поверхневі сили.

 

Схематичне зображення контакту між золотою поверхнею і золотим вістрям, закріпленим на кантиливере.

Розвиток технологій дійшло нарешті до атомарних розмірів. Пристрої з компонентами, розміри яких мають той же порядок, що і атоми речовини, вже не є сенсацією. На сьогоднішній день, наприклад, «з’єднувальні проводи» в електронній схемі можуть мати ширину порядку 100 атомів, і це не межа. Із-за постійно зменшуються розмірів вченим необхідно проводити нові дослідження, що показують, як розміри впливають на властивості матеріалу, зокрема, опір і механічну міцність.

Чергову роботу в цьому напрямку опублікувала група з State University of New York (США). Їх результати були опубліковані в журналі Physical Review B. Об’єктом досліджень стали крихітні контакти, що формуються між золотими вістрям і поверхнею. Експерименти показали, що подібні сполуки (які можуть бути товщиною всього 1 атом) володіють специфічними електричними і механічними властивостями.

Зазвичай для оцінки товщини контакту вчені прикладають до утворився «мосту» напруга і вимірюють електричну провідність контакту. Попередні експерименти показали, що в такій конфігурації при збільшенні відстані між поверхнею і вістрям (при подовженні і зменшенні ширини «мосту») провідність стрибкоподібно знижується. Це пов’язано з тим, що атоми контакту перегрупуються, так що число атомів контакту знижується з кількох сотень до одного. Команда американських учених поставила перед собою завдання дослідження цієї перегрупування з точки зору механіки.

Для отримання необхідних даних, вчені прикладали до контакту механічне напруження і змінювали довжину «мосту» з кроком 4 пикометра (для цього вістря було прикріплено до кантиливеру, що дозволяє виміряти не тільки зміна розмірів «мосту», але і варіації сили). Як відомо, ставлення прикладеної механічної сили до зміни довжини, дає такий параметр, як жорсткість (або пов’язану характеристику, називають модулем Юнга, визначає міру реакції матеріалу на зовнішній вплив, незалежно від геометричних розмірів).

При зменшенні ширини контакту, атомарні сили змінюються таким чином, що жорсткість повинна збільшуватися. Попередні експерименти вже пропонували деякі докази цього факту; але вони були застосовані в обмеженому діапазоні масштабів. Американські вчені спостерігали аналогічні явища для ширини контакту менше 1 нм. За їх даними, при звуженні контакту до 1 атома, жорсткість контакту виявляється майже вдвічі вище жорсткості «звичайного» золота.

Крім основних досліджень, вчені пояснили, чому вузькі «перетяжки», що утворюються між двома металевими тілами, під дією поверхневих сил можуть несподіваним чином деформуватися.

Подальші роботи в цьому напрямку можуть пояснити, як різні мікроскопічні властивості об’єктів об’єднуються, формуючи макроскопічні властивості.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *