NANOELEKTRONIKA MATERIALLARI.KVANT "NUQTALAR", "IPLAR" VA "O'RALAR"
Nanotehnalogiya – bu moddalar bilan ishlashdan alohida atomlarni boshqarishga o’tishi: nanoo’lchamda moddani ko’plab mehanik, termodinamik , magnit va elektrik harakteriskalari holati o’zgarib ketadi. Masalan , oltin nanozarralari hajmiy oltin zarralaridan katalitik, feromagnitik, to’g’rilovchi optik hossalari, o’ziyig’ilishga qodirligi bilan farq qiladi.
Ular yorug’likni yahshi yutadi va sochadi, zaharsiz, kimyoviy stabil, biyomoskeluchi. Ularning intensiv bo’yashda(tovlanish) hozirda dedektirlash uchun, vizualiyashgan va biyotibbiyot obektlar miqdorni aniqlashda foydalanilmoqda [1-7]. Oltin nanozarralari butun boshli asboblar diyagnostika vositalardan tortib har hil turdagi sensorlar, optik tolali va kampyuter nanosxemalarini[8-9] yaratishda itiqbollidir. Ko’rsatilgan hususiyatlar tufayli oltin nanozarralari asosiy metodlari va tushunchalari bilan osson tushunarli universal obekt modili nanofanni tanishtirish uchun qulay rol o’ynashi mumkin,
Zamonaviy texnik tizimlar va vositalarni boshqarish hamda fan va texnikaning rivojlanishi elektronikaning etakchi tarmoqlaridan biri bo’lgan mikroelektronika hamda endigina paydo bo’layotgan nanoelektronika sohalarida faoliyat ko’rsatadigan malakali mutaxacsislarni tayyorlash bilan uzviy bog’liqdir. Zamonaviy elektronika mahsulotlari bo’lmish integral mikrosxemalar, mikroprostessorlar, o’ta yuqori chastotali detektorlar, quyosh elementlari, lazerlar, elektron hisoblash mashinalar va o’ta yuqori xotirali tizimlar va boshqa noyob elektrik asboblarni yaratish yangi xususiyatga ega bo’lgan yupqa va o’ta yupqa ko’p komponentli qatlamlar tizimlarini yaratishni taqozo qiladi. Shu boisdan ham keyingi yillarda yupqa va o’ta yupqa qatlamlar hosil qilish texnologiyasi va fizikasiga bo’lgan e’tibor keskin ortib ketdi. Yupqa plyonkalar olish va ularning xususiyatlarini o’rganish o’tgan asrning 70 yillardan boshlab qo’llanilib kelinayotgan an’anaviy usullari mavjud. Bu usullar bilan olingan plyonkalarning qalinligi asosan bir necha mikrondan o’nlab mikrongacha bo’lib, ular qattiq jismli elektron asbobsozlikda hozirgi kunda ham muvaffaqiyatli qo’llanilib kelmoqda. Hozirgi vaqtga kelib yupqa (d102103 nm) va o’ta yupqa (d<100 nm) plyonkalar olishning zamonaviy molekulyar nurli epitaksiya(MNE), qattiq fazali epitakstiya(QFE), ionlar implatastiyasi va eng zamonaviy (nanoassembler) usullari orqali hosil qilish mumkin.
Hozirgi paytda nanoelektronika rivojlanmoqda, ya’ni elektron asbobsoslikda qalinliklari o’nlab nanometr (1 nm = 10-9 m) bo’lgan plyonkalarni ishlatish ustida ishlar olib borilmoqda. Bunday plyonkalar ustma-ust, qatlama-qatlam qilib joylashtirilib aktiv va passiv elementlar hosil qilishda ishlatilishi mumkin. Fan va texnika rivojlanib uch o’lchamli tizimlar hosil qilinmoqda. Bunday tizimlarda 1 sm3 hajmda yuz minglab-millionlab yupqa plyonkali elementlarni joylashtirish mumkin. Ular asosida hosil qilingan integral sxemalar katta va o’ta kattaintegral mikrosxemalar debataladi. Demak, kerakli maqsadlarda ishlatilishi mumkin bo’lgan yupqa qatlamlarni hosil qilish, ularning tarkibini, kristall va elektron tuzilishini, fizik va kimyoviy xususiyatlarini o’rganish fanning ahamiyatini belgilasa, olingan yupqa plyonkalarning asbob sifatida ishlatilishi uning xalq ho’jaligida va texnikada qo’llanilishini aks ettiradi. Ma'lumki, klassik mexanika moddiy zarralarning aniq chiziqlar, ya'ni traektoriyalar bo‘ylab harakat qilishini miqdoriy qonuniyatlar yordamida o‘rganadi. Bunda zarraning boshlang‘ich holatini ifodalovchi shartlar ma'lum bo‘lsa, kelgusida uning qanday bo‘lishi ham aniqlanadi. Oqibat, fanda chuqur iz qoldiradigan va olamning mexanik manzarasini yaratish (barcha hodisalarni mexanika qonunlari asosida tushuntirish)ga intilish paydo bo‘ldi. Afsuski, olamni faqat mexanika qonunlari asosida butunlay tushuntirishning iloji yo‘q. Shu bois, bunday qarashlar o‘zini oqlamadi desak, xato bo‘lmaydi. XIX asr oxiri XX asr boshlarida matematika sohasida erishilgan yutuqlar (differentsial hisob, Minkovskiy geometriyasi) tufayli mexanik qonunlarning yangi ko‘rinishlari paydo bo‘ldi. To‘lqin tenglamalarining otasi Ervin Shryodinger tomonidan yaratilgan mikrozarralarning harakat (Shryodinger) tenglamalari klassik tasavvurlarga sig‘maydigan natijalarga olib keldi. Masalan, energiyaning kvantlanishi (klassik mexanikada esa energiya uzluksiz bo‘ladi). O‘sha davrda bu tenglamalar to‘g‘risida fikr yuritishga jazm qiladigan inson yo‘q edi. Sababi, bunga ma'lum ma'noda «fandagi shakkoklik» deb ham qaralgan. Kvant fizikasining asoschilaridan biri M. Plank 1879 yili Myunxenda dissertatsiyasini himoya qilgandan keyin ustozi Filip fon-Jolliga nazariy fizika bilan shug‘ullanish niyati borligini aytadi. Ustoz esa o‘z navbatida nazariy fizika poyoniga yetgani, faqat ba'zi xususiy hollar, boshlang‘ich va chegaraviy shartlarni o‘zgartirib differentsial tenglamalarning echimini topish qolgani, umuman, bu «istiqbolsiz ish» bilan shug‘ullanish befoydaligini uqtiradi.
Shunga qaramay, Plank nazariy fizika bilan shug‘ullanishni davom ettirib, 1900 yili elektromagnit nurlanishning diskret ekanligini kashf qildi. 1905 yilda Eynshteyn tomonidan elektromagnit maydonning energiyasi diskret strukturaga egaligi, undagi eng kichik zarra fotonni aniqlaydi, keyinchalik atomning kvant nazariyasi va kvant mexanikaga asos soladi. U davrda kvant mexanikasi tushunchalarining ilm ahli tomonidan qabul qilinishi juda qiyin kechdi. Boisi, birinchidan, kichik zarralarning kichik o‘lchamlarda harakat traektoriyasi degan tushunchaning yo‘qligi, ikkinchidan, Veyner Geyzenberg tomonidan kiritilgan noaniqlik printsipi edi. Unga ko‘ra, kichik o‘lchamlarda zarrachaning impulsi va koordinatasi (energiya yoki vaqt)ni bir vaqtda katta aniqlikda o‘lchab bo‘lmaydi. Nobel mukofotining laureati Richard Feynman tomonidan yaratilgan kvant mexanika borasida ko‘pchilik bu murakkab formulalar to‘plamidir, degan fikrda. Olim etuk mutaxassis sifatida kvant mexanikasining yuksak istiqbolini ko‘ra bilgan. Uning ta'kidlashicha: «Insonlar kelgusida alohida atomlarni boshqarishni o‘rganib olib, xohlagan narsalarini yaratishlari (sintez qilishlari) mumkin». Sohaning keyingi rivoji jism zarralari harakatini o‘lchamning kvantlanishi masalalariga olib keldi. Bunda erkin zarraning harakatini biror-bir o‘lcham yoki yo‘nalish bo‘yicha chegaralasak, ya'ni kvantlasak, natijada uning harakat qonunlari erkin zarranikidan butunlay farq qiladi. Kvantlashni davom ettirib, zarraning harakatini ikki o‘lcham bo‘yicha (bir o‘lchamli tuzilmalar), so‘ngra uni uchala o‘lcham bo‘yicha ham chegaralasak (nol o‘lchamli tuzilmalar), butunlay yangi hodisalar va qonuniyatlar namoyon bo‘lar ekan. Xususan, 1987 yili ikki o‘lchamli elektronlar gazida kvant va kasrli kvant Xoll effektlarining kashf etilishi past o‘lchamli tuzilmalarga qiziqishni kuchaytirdi. Ikki o‘lchamli tuzilmalarda yorug‘likning katta miqdorda sochilishi va yutilishi, yupqa pardalarda ulkan magnit qarshiliklar, uglerod asosidagi kvant o‘lchamli yirik molekulalar, fullurenlarning kashf etilishi va ularning amaliyotda ishlatilish istiqbollari - bu sohadagi izlanishlarga katta turtki berdi.
O‘lchamli kvantlanishni yarim o‘tkazgichlarda namoyon qilish yuqori texnologiyalar (molekulyar nurli epitaktsiya) yordamida biror taglik ustida nafaqat kristolografik tuzilishi, balki kimyoviy tarkibi ham bir-biridan farq qiladigan o‘ta yupqa qatlamlar o‘stirish orqali amalga oshirildi. Bu sohadagi tadqiqot ishlari o‘tgan asrning 70-yillaridan boshlandi. E'tiborlisi, asosan uchlangan birikmalar asosida Alx Ga1-x As ikkilangan geteroo‘tishlar hosil qilish ustida tadqiqotlar olib borildi va natijada 2003 yili nemis olimi Bimberg va rus olimi J.Alfyorov Nobel mukofotiga sazovor bo‘lishdi. Hozir yarim o‘tkazgichlardagi past o‘lchamli strukturalar quyidagilarga bo‘linadi: - kvant nuqtalar (KN) - bu strukturalarning o‘lchamlari mavjud uch yo‘nalish bo‘yicha qator atomlar orasidagi masofa tartibida bo‘ladi (KNlarni ba'zan sun'iy atomlar deb ham atashadi). Masshtabiga bog‘liq ravishda struktura nol o‘lcham (0D) yoki uch o‘lchamli (3D) hisoblanadi. Bu erda D-dimention - o‘lcham, massiv, o‘lchov, kattalik, hajm so‘zlarining birinchi harfi bo‘lib, uning oldidagi raqam esa tuzilma geometrik o‘lchami tartibini bildiradi; - kvant simlar (KS) yoki kvant iplar (KI) - bunda strukturalar o‘lchamlari ikki yo‘nalish bo‘yicha bir necha atomlar orasidagi masofaga teng bo‘ladi, uchinchi yo‘nalish bo‘ylab esa o‘lcham makroskopik qiymatga ega bo‘ladi (1D); - kvant devorlar (KD), boshqacha aytganda, kvant chuqurliklar (KCh) -strukturalarning o‘lchamlari bir yo‘nalish bo‘yicha qator atom oralig‘idagi masofa tartibida bo‘ladi, qolgan ikki yo‘nalish bo‘yicha esa o‘lcham makroskopik qiymatga ega bo‘ladi (2D). O‘lchami chegaralangan muhitda elektronlar holati va tashqi ta'sirlarga javobi quyidagicha kechishi mumkin. Faraz qiling, o‘quvchi bola futbol maydonida turibdi. U uch o‘lcham bo‘yicha harakat qilishi, to‘rt tarafga yugurishi va yuqoriga sakrashi mumkin.
