перспективные технологии Информационный бюллетень наноструктуры сверхпроводники фуллерены

Информационный бюллетень
перспективные технологии
наноструктуры сверхпроводники фуллерены
http//perst.isssph.kiae.ru
Том 7, выпуск 7
15 апреля 2000г.
В этом выпуске:
ПРОРЫВ
Дорога к самоформированию детекторного приемника
открыта?
Самозарождение достаточно сложных нанообъектов в лазерной плазме
или дуговом разряде в последнее
время (начиная с обнаружения фуллеренов) стало предметом многочисленных исследований. Но даже на
фоне этого потока предмет статьи,
опубликованной в последнем мартовском номере Applied Physics
Letters [1] – самозародившаяся коаксиальная индуктивность - представляется близким к первоапрельской
шутке. В последнем могут разубедить многочисленные документальные доказательства, выполненные самыми современными методами, включая химическое картирование объекта с субнанометровым разрешением и EELS изображение. Кроме того,
один из авторов (S.Iijima) в свое время уже удивил мир действительно состоявшимся открытием углеродной нанотрубки. Работа
выполнена в рамках проекта “Nanotubulities” объединенной
группой сотрудников NEC Corp. и Meijo Univ. (Япония).
Спиральными отрезками коаксиального кабеля, словно веточками, оброс прямой тоже самосформировавшийся наноразмерный коаксиальный кабель, обнаруженный ранее [2]. На этом
фоне почти тривиальными кажутся арсенид-галлиевые наноразмерные нити, которые формируются конденсацией паров из газовой фазы по следу пролета каталитической затравки ([3] и
ссылки в ней). Чем, кстати, это - не наноразмерная камера Вильсона?
В новом эксперименте импульсный Nd:YAG лазер испарял
прессованные таблетки смеси BN, C и SiO2 в атмосфере азота.
Коаксиальная индуктивность, обнаруженная в полученной саже,
представляет собой прямой отрезок спирали из коаксиального
кабеля длиной в диапазоне 100-500нм c внешним диаметром
30-40нм, туго свернутый с шагом ~50нм. Собственно кабель
представляет собой центральную жилу из аморфного бора диаметром 15-20нм, окруженную оболочкой стехиометрического
SiO2. Внешним (экранным) проводником этого “изделия” является тонкая оболочка из аморфного углерода. Прямой кабель [2]
имеет размеры в сечении примерно вдвое большие. Однако
главное отличие между прямым и спиральным кабелями – в
расположении центрального проводника. В прямом кабеле он
строго коаксиален, в спиральном же кабеле центральная жила из
-B (аморфного бора), хоть и повторяет шаг спирали, однако
расположена в слое SiO2 существенно ближе к центральной оси
спи-
И далее ...
ИЗ ПЕРВЫХ РУК
2 Новое поколение микроэлектро-
ники: позиции завоевывает кремниевый нанотранзистор
КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ
4 Фотон телепортирует атом
СВЕРХПРОВОДНИКИ
5
Новый электронный микроскоп
Hitachi позволит наблюдать движение вихрей в ВТСП
ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОРУБКИ
5 Нанотрубки шумят, как Ниагарский водопад!
Нанотрубки продолжают удивлять
СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
6 Откроет ли SESAME дверь Востоку в большую науку?
ТОЧКА ЗРЕНИЯ
6 Синергетика - главная наука XXI
века? Мнение математика
ФИНАНСИРОВАНИЕ
7
Рост исследовательского бюджета
в Индии и Швеции
8 Конституция США под защитой
оптоэлектроники
НОВЫЕ ОБЗОРЫ
8
Химические принципы получения
металлооксидных сверхпроводников
НОВОСТИ ФИЗИКИ
В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ
8 СВЕРХПРОВОДНИКИ
9 БОЗЕ-КОНДЕНСАЦИЯ
ФИЗИКА И СОЦИОЛОГИЯ
КОНФЕРЕНЦИИ
рали. Тем самым центральный проводник кабеля
сворачивается в спираль меньшей длины, чем кабель в целом, и это компенсирует различные скорости роста SiO2 и -B в условиях эксперимента. В
статье также обсуждается роль слоя неокисленного
кремния на срезе кабеля и некоторые другие детали.
После этой работы вполне реальным представляется в качестве следующего шага самоформирование целого детекторного приемника! Подождем
немного...
1.
2.
3.
М.Компан
Appl.Phys.Lett., 2000,76(13), p.1564
Science, 1998,281, p.973
Appl.Phys.Lett., 2000,76(9), p.1116
ИЗ ПЕРВЫХ РУК
Новое поколение микроэлектроники:
позиции завоевывает кремниевый
нанотранзистор
В США существует так называемая Маршрутная
карта для полупроводниковой промышленности The National Technology Roadmap for Semiconductors Technology Needs (NTRS). При периодическом
ее редактировании тщательно учитываются все
возможные направления прорыва в развитии полупроводниковой технологии и отсюда прогнозируются перспективные параметры будущих электронных устройств. На эти прогнозы ориентируются, как разработчики и производители полупроводниковых устройств, так и конструкторы всевозможных систем. Издание Маршрутной карты
1997 года - NTRS 1997 Ed - предсказывает наступление в микроэлектронном производстве эры
наноэлектроники (минимальный размер элементов
транзисторов должен достичь рубежа 100нм). Изменения параметров ультрабольших интегральных
схем (УБИС) в соответствии с этим прогнозом
сведены в таблице 1.
В литературе неоднократно предсказывали, что
именно этот рубеж (100нм - 2006 год) станет этапом смены доминирующей в настоящее время
КМОП-схемотехники,
этапом
замены
МОП-транзистора на новые типы активных приборов – уже приборов наноэлектроники. Далее попытка проанализировать ситуацию с реальным
“парком” приборов наноэлектроники для реализации УБИС в производстве, начиная с 2006 года.
Приборы наноэлектроники. В электронных приборах с размерами активных областей менее 100нм
начинают играть значительную роль квантовые
явления, поскольку размеры приборов становятся
сравнимы с характерными размерами для электронов проводимости: длиной волны де Бройля для
электронов на поверхности Ферми, длиной свободного пробега, длиной когерентности, длиной
сбоя фазы и радиусом экранирования. Приборы и
структуры с такими размерами получили название
мезоскопических. Мезоскопические приборы могут быть реализованы на основе полупроводников,
металлов и сверхпроводников. Для создания мезоскопических полупроводниковых структур используют метод молекулярно-пучковой эпитаксии
(МПЭ), с помощью которого формируются гетероструктуры с квантовыми ямами и туннельными
барьерами, структуры с двухмерным электронным
газом на границе раздела гетероперехода, структуры с дельта-легированными слоями. Двухмерный электронный газ может быть “сжат” потенциальными барьерами в одном (одномерные структуры) или двух измерениях (двумерные структуры), образуя так называемые квантовые точки и
нити. Наряду с МПЭ для их создания используют
нанолитографические методы [1]. Несмотря на
огромный объем исследований, реальный “парк”
наноэлектронных приборов, применение которых в цифровых интегральных схемах (память,
логика) имеет смысл обсуждать, невелик. Это,
прежде всего, нанотранзисторы, т.е. транзисторы с
классической структурой МДП, но с длиной канала
<100нм, туннельно-резонансные диоды и транзисторы, одноэлектронные приборы. Рассмотрим
возможности нанотранзисторов.
Таблица 1. Общие характеристики УБИС (NTRS 1997 Ed)
Годы/ параметры
Минимальный размер, нм
1999
180
Емкость памяти на чипе (экспериментальные образцы), бит
То же (производство), бит
Микропроцессоры, транзисторов/см
2
Частота на чипе, МГц
Максимальная рассеиваемая мощность
(радиатором), Вт
Размер чипа ОЗУ/МП, мм2
Число уровней соединений (макси-
2
2000, том 7, выпуск 7
2001
2003
150
1Г
2006
2009
2012
130
100
70
50
4Г
16Г
64Г
256Г
256М
1Г
1Г
4Г
16Г
64Г
6.2М
10М
18М
39М
84М
180М
500-1250 600-1500 700-2100 900-3500 1200-6000 1500-10000
90
110
130
160
170
175
400/340
445/385
560/430
520/790
1120/620
1580/750
6-7
7
7
7-8
8-9
9
ПерсТ,
мальное)
Таблица 2. Эволюция характерных размеров МОП-транзисторов с классической структурой (NTRS 1997Ed)
Годы /параметр
2001
2006
2012
Длина канала, мкм
0.18-0.12
0.1
0.05
Толщина окисла, нм
4-5
3-4
3
Глубина р-п переходов, мкм
0.07-0.13
0.05
<0.05
Нанотранзисторы со структурой МДП.
В таблице 2 приведены данные, отражающие изменения
размеров
отдельных
слоев
МДП-транзистора с классической структурой.
Масштабное уменьшение размеров транзистора в
плоскости кристалла требует уменьшения размеров
транзистора и по глубине кристалла, в частности,
толщины подзатворного диэлектрика и глубины
залегания p-n переходов до суб-50-нанометровых
размеров. Это создает технологические трудности,
которые, однако, являются вполне преодолимыми.
Суб-50-нанометровый МДП-транзистор. Относительно недавний анализ [2] показал, что
МОП-транзистор сохраняет необходимые для схемотехнических применений свойства и характеристики, т.е. обеспечивает необходимые токи, подпороговые характеристики и т.д., если длина канала превышает 30нм. Позднее в работе [3] было показано, что кремниевый п-МОП транзистор с нелегированным каналом и соответствующей геометрией (двухзатворная конструкция) может сохранять высокую степень управления током стока
посредством изменения напряжения на затворе
вплоть до длин затвора 10нм и даже меньше. Причина заключается в том, что электроны из легированных областей стока и истока могут проникать в
нелегированный канал на расстояния в несколько
нанометров с каждой из сторон, что сравнимо с
длиной канала. Электроны движутся в канале баллистически, без заметного рассеяния. Это обеспечивает высокую проводимость канала. Расчет характеристики МОП-транзистора для различных
длин канала в диапазоне от 15 до 6нм показывает,
что только при длине канала 8нм управляющие
напряжения на затворе не соответствуют необходимым для логических применений значениям
(логический перепад порядка 0.5В). Но даже в этом
случае вплоть до длин канала 6нм транзистор сохраняет высокую крутизну подпороговых кривых с
высоким отношением токов (открыт/закрыт) порядка 108. Таким образом, теория предсказывает,
что баллистический МДП нанотранзистор будет
сохранять необходимые для применения в цифровых УБИС свойства вплоть до значений длин канала, равных 8 - 10нм. При этом так называемые
“короткоканальные эффекты” будут в значительной степени подавлены. Подчеркнем, что указанное ограничение (8-10нм) характерно только для
рассматриваемой конструкции нанотранзистора.
Последний
вывод
подтвержден
недавним
(22.11.1999) достаточно сенсационным сообщением из Калифорнийского университета (Беркли) о
новом “мировом рекорде” - создании “FinFET”
("плавникоподобный" полевой транзистор) с длиной затвора 18нм [4] (см. также ПерсТ вып. ½ с.г.).
Это вертикальный двухзатворный МОП транзистор
в структуре “кремний на диэлектрике”, квазипланарный, сформированный в вертикальной ультратонкой кремниевой пластинке (“плавнике” - fin).
Ток в канале контролируется двумя затворами, отделенными от канала сверхтонким диэлектриком
(2.5нм). Оба затвора являются самосовмещенными
и совмещены с границами областей стока и истока.
Области стока и истока несколько наращены (увеличены) для уменьшения сопротивления этих областей. N-канальный транзистор продемонстрировал отличные свойства при длине канала 17нм.
Последним достижением авторов стало и создание
p-канального транзистора с длиной канала 18нм.
Оценка характеристик КМОП-логических схем на
основе суб-50нм "плавникообразных" транзисторов дает для частоты 10ГГц (не предельной, но
коммерчески выгодной) и максимального логического перепада 0.5В плотность рассеиваемой
мощности 50Вт/см2. Сравним эти оценки с данными NTRS 1997 Ed для 2012 года (табл.3).
Таблица 3. Сравнение характеристик УБИС уровня 2012 года (NTRS 1997Ed) с прогнозом для УБИС на
транзисторах с длиной затвора 10нм
Годы/параметры
Минимальный размер, нм
Микропроцессоры, транзисторов/см2
Частота на чипе, МГц
ПерсТ, 2000, том 7, выпуск 7
3
2015-2020
10
1Г
5000 - 35000
2012
50
180М
1500-10000
Максимальная рассеиваемая мощность (радиатором), Вт
Размер чипа ОЗУ/МП, мм2
Из таблицы видно, что если проблема литографии
будет решена, например, созданием степперов для
мягкого рентгена или, так называемого, экстремального ультрафиолета (13 - 14нм), что принципиально возможно в обозримые сроки, то ограничивающим фактором становится рассеиваемая
мощность. Стоимость отвода 0.5кВт мощности от
одного корпуса может быть большой. Поэтому в
цитируемой NTRS 1997 Ed, наряду с максимальной
частотой, приводятся данные по коммерчески выгодной рабочей частоте на кристалле. По аналогии
с прогнозом на 2012 год примем коммерчески выгодной частоту, составляющей 15% от максимальной, тогда мощность, которая должна быть отведена от кристалла площадью 10см2, составит
250Вт. Эта величина уже не существенно отличается от значений, предсказанных на 2012 год
(175Вт). На таком небольшом кристалле
(3.23.2см2)
можно
разместить
109
КМОП-вентилей. Если учесть, что “плавникообразный МОП-транзистор” является самосовмещенным и имеет два критических размера (толщина плавника - 7нм, длина канала - 10нм), то эти
рубежи могут быть достигнуты в 2010-2015гг. Самосовмещенная конструкция “плавникообразного
МОП-транзистора” с приведенными критическими
500 на частоте 10ГГц
1000
175
1580/750
параметрами потребует от литографии разрешения
лишь ~35-50нм.
Новое издание IТRS 1999 Ed [6] подтверждает это
заключение. В таблице 4 приведены основные рубежи совершенствования кремниевой технологии в
соответствии с ITRS 1999 Ed (здесь I- international,
изменение в названии).
К.А.Валиев, А.А.Орликовский
1.
2.
3.
4.
5.
К.А.Валиев, А.А.Орликовский. Электроника: наука,
технология, бизнес. 1997,№1,с.3-14
2. Y.Taur, D.A.Buchanan, W.Chen, D.J.Frank,
K.E.Ismail, S.-H.Lo, G.A.Sai-Halasz, S.G.Vismanathan,
H.-J.C.Wann, S.J.Wind, and H.-S.Wong. Proc.IEEE,
1997 85, pp. 486- 504
3. F.Pikus and K.Likharev. Appl.Phys.Lett., 1997, 71,
pp.3661-3663.
X.Huang, L.Chang, and W.-C. Lee, J.Bokor, C.Hu, and
T.-J.King. Fabrication and Characterization of
Deep-Sub-Tenth
Micron
N-channel
FinFET.
http://www.eecs/berkeley.edu/~xuejue
X.Huang, W-C.Lee, C.Kuo, D.Hisamoto, L.Chang,
J.Kedzirski, Y-K.Choi, K.Asano, V.Sabramanian,
T-J.King, J.Bokor, and C.Hu. IEDM’1999.
6. P.Bwggraaf. Solid State Technology, 2000, 43,
pp.31-44
Таблица 4. Прогресс в кремниевой технологии (ITRS 1999 Ed )
Годы/технологические рубежи
1999
2002
2005
2008
2011
2014
180нм
130нм
100нм
70нм
50нм
35нм
Полшага в ДОЗУ, нм
180
130
100
70
50
35
Длина затвора в МП, нм
140
85-90
65
45
30-32
20-22
Полшага в МП и заказных ИС, нм
230
160
115
80
55
40
Длина канала в заказных ИС, нм
180
130
100
70
50
35
КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ
Фотон телепортирует атом
В последнее время происходит слияние квантовых
компьютеров с квантовой коммуникацией (телепортацией), естественно, воображаемое, поскольку
ни того, ни другого пока не существует. Поговаривают уже о квантовом Интернете. Дело в том,
что в квантовом компьютере очень сложно устроить двух-кубитные операции, которые как раз и
приводят к запутанным состояниям (entangled
states) – основе квантовых вычислений. Может
оказаться более простым (дешевым) приемом поставлять потребителю уже готовые запутанные
кубиты с некоего суперкомпьтера, подключенного
к сети квантовой коммуникации.
4
2000, том 7, выпуск 7
Схем телепортации квантовых состояний уже было
предложено огромное количество. Ученые из
Clarendon Laboratory, University of Oxford и Blackett Laboratory, Imperial College (Англия) считают,
что изобретенная ими схема телепортации является
наиболее реалистической и обеспечивает большую
вероятность успешной телепортации. Мотивация
практической ценности их работы ясна. Квантовую
информацию лучше записывать и обрабатывать на
атомных состояниях или им подобных, поскольку
там она может достаточно долго храниться. А вот
передавать эту информацию лучше всего с помощью фотонов, которые могут быстро распространяться на большие расстояния без потери когерентности.
ПерсТ,
Авторы рассматривают трехуровневый атом, у которого есть два вырожденных основных состояния
и одно возбужденное. Атом помещается в микро-
резонатор (cavity), обладающий собственной частотой несколько меньшей частоты резонансного
возбуждения на верхний уровень. Такой же частотой обладает лазерный луч, освещающий микрорезонатор. Все это находится в распоряжении
Алисы. Точно такая же установка у Боба. Требуется передать состояние атома Алисы, представляющего собой смесь основных состояний атома, на
атом Боба. Для этого требуется еще одно устройство, а именно делитель (S), на который попадают
фотоны, выходящие из микрорезонатора Алисы и
Боба, а также детекторы фотонов D+ и D-, находящиеся в распоряжении Алисы (рис.1).
Рис.1. Устройство телекоммуникации атомного состояния.
А – резонатор, 1- атом, S – делитель луча.
Детекторы D+ и D- принадлежат Алисе.
Резонатор В и атом 2 принадлежат Бобу.
Далее в один и тот же момент времени Алиса и Боб
включают лазеры на определенный промежуток
времени, но разный у Алисы и Боба, а затем Алиса
ждет щелчка детектора и сообщает Бобу (по телефону), какой детектор сработал. В зависимости от
этого Боб определяет, получил ли он состояние
атома Алисы или для этого надо еще произвести
простейшую унитарную операцию (поворот фазы)
над его атомом. Запутывание состояний атомов,
необходимое для телепортации, происходит в момент срабатывания детектора, т.е., измерения,
производимого над системой фотонов.
Phys. Rev. Lett., 1999, 83, p.5158
СВЕРХПРОВОДНИКИ
Новый электронный микроскоп Hitachi позволит наблюдать движение вихрей в ВТСП
Электронный бюллетень "Physics News Update"
Американского института физики в своем выпуске
от 6 апреля 2000 г. сообщает о самом мощном
просвечивающем электронном микроскопе (TEM),
созданном в Японии в Hitachi's Advanced Research
Lab. группой под руководством Akira Tonomura.
ПерсТ, 2000, том 7, выпуск 7
5
Новый прибор, который, по крайней мере, в четыре
раза превосходит по своим характеристикам лучшие образцы TEM, существовавшие прежде, и в
1000 раз превосходит соответствующие стандартные устройства, представляет собой чудо современной техники. Достаточно сказать, что напряжение, которое используется для ускорения электронного пучка и составляет один миллион вольт,
удерживается с точностью до 0.5 вольта. Достигнутая в результате различных ухищрений высокая
разрешающая способность позволяет таким приборам успешно конкурировать со сканирующими
туннельными микроскопами. Кроме того, возможность наблюдения достаточно быстрых процессов
во времени (около 60 кадров в секунду) открывает
новые перспективы для исследования динамических процессов в твердых телах. В частности, авторы предполагают использовать новый микроскоп
с целью изучения движения вихрей в высокотемпературных сверхпроводниках.
ФУЛЛЕРЕНЫ И НАНОТРУБКИ
Нанотрубки шумят, как Ниагарский водопад!
В самые жаркие дни (американцы называют их dog
days) августа прошедшего года в New Orleans,
Louisiana состоялась конференция American
Chemical Society. Около 12000 исследователей обсуждали новые сообщения о достоинствах и недостатках углеродных нанотрубок. Физик Alex Zettl
(Univ. of California, Berkeley) привез две новости,
как водится, хорошую и плохую. Хорошая - это
создание его группой диода на основе нанотрубок.
Плохая - электронные приборы на основе этого
материала обладают сильным электронным шумом. R.Haddon (Univ. of Kentucky), физик и эксперт
по нанотрубкам, допускает, что частично в электронном шуме виноваты атомные примеси на
внешней поверхности нанотрубок. От этой напасти
можно избавиться методами очистки, используемыми опытными чипмейкерами.
Подсоединив золотые контакты к образцам, представленным в виде отдельных нанотрубок, пучков
нанотрубок и даже толстых пластин из трубок, исследователи замерили шум спектроанализатором и,
к своему удивлению, обнаружили, что все виды
образцов шумят одинаково сильно, на 10 порядков
(!) превышая шум металлических проводников.
"Эти нанотрубки - самые шумные проводники в
электронике", - говорит Zettl. -"Может потому, что
они длинные и тонкие. Но в тех же металлических
проводниках зависимость шума от их длины линейная, в нанотрубках эта зависимость экспоненциальная. Возможно, свой вклад в электронный
шум вносят кислород и другие обделенные электронами примеси, притягивая электроны, блуждающие между атомами углеродной трубки. Тогда
следует подумать, нельзя ли использовать этот
эффект для создания сверхчувствительных датчи-
ков кислорода и таким образом продемонстрировать еще одну грань таланта углеродных нанотрубок.
Science, 1999, 285, p.2053, 24 September
Нанотрубки продолжают удивлять
На международной зимней школе по электронным
свойствам новых материалов, которая на протяжении 15 лет проводится в Австрийских Альпах, в
этом году было сообщено о целом ряде новых
удивительных результатов в исследованиях фуллеренов и нанотрубок. Самой большой сенсацией
можно считать сообщение совместной группы
французских и российских исследователей (из
ИПТМ РАН, Черноголовка) о наблюдении сверхпроводимости углеродных нанотрубок. Они проводили измерения вольт-амперных характеристик
отдельной однослойной нанотрубки диаметром
~1нм, свернутого в жгут большого числа однослойных нанотрубок, а также индивидуальных
многослойных нанотрубок. Сверхпроводящий ток
при температуре, близкой к 4К, наблюдался между
двумя сверхпроводящими металлическими контактами. Особенности переноса заряда в нанотрубке существенно отличаются от тех, которые
присущи обычным, трехмерным проводникам и,
по-видимому, объясняются одномерным характером переноса.
Еще одно интересное сообщение сделал де Гир из
Университета Лозанны (Швейцария), обнаруживший резкое (около двух порядков величины) изменение проводимости при небольшом, на 5-10о, изгибе однослойной нанотрубки. Это сообщение
может расширить область применения нанотрубок.
С одной стороны, нанотрубка оказывается готовым
высокочувствительным преобразователем механических колебаний в электрический сигнал и обратно (фактически это - телефонная трубка длиной
в несколько микрон и диаметром около нанометра), а, с другой стороны, это - практически готовый
датчик мельчайших деформаций. Такой датчик мог
бы найти применение в устройствах, контролирующих состояние механических узлов и деталей, от
которых зависит безопасность людей, например,
пассажиров поездов и самолетов, персонала атомных и тепловых электростанций и т. п.
Несмотря на значительный крен интересов фуллеренового сообщества в сторону углеродных нанотрубок, внимание к исследованию собственно
фуллеренов вовсе не угасло. При этом фуллереновые объекты становятся все более сложными. Так в
сообщении из Университета Вирджиния (США)
представлены сразу два рекордных результата:
во-первых, описан синтез эндоэдральной молекулы
Sc3N@C80, содержащей внутри фуллереновой
клетки 4 атома и, во-вторых, это эндоэдральное
соединение получено с необычайно высоким выходом. Это делает эндоэдральные фуллерены до-
6
2000, том 7, выпуск 7
ступными широкому кругу исследователей, что
позволяет в ближайшем будущем рассчитывать на
дальнейшее продвижение в этой перспективной
области.
А.В.Елецкий
СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Откроет ли SESAME дверь Востоку в
большую науку?
Проект по созданию на Ближнем Востоке международного исследовательского центра на базе синхротрона Bessy-I получил многообещающее для
науки в ближневосточном регионе название
SESAME (Synchrotron Radiation for Experimental
Science and Application in the Middle East). Для
немецких ученых из научного центра Max Planck
Society Bessy-I (энергия электронного пучка
0.8ГэВ) - это Plusquamperfect (давно прошедшее
время), его место заняла более современная Bessy-II. Чтобы не отправлять действующую установку в металлолом, правительство Германии решило
передать Bessy-I ближневосточному региону.
Условие - проект SESAME должен профинансировать демонтаж и прибытие синхротрона на новое
место работы, что обойдется в 1 млн. долл. На декабрьской встрече 11 стран Ближнего Востока, состоявшейся в штаб-квартире ЮНЕСКО в Париже,
стало ясно, что проект SESAME преодолел первую
полосу препятствий - финансирование демонтажа
и перевозки синхротрона. Было решено, что каждая из 11 стран внесет в проект 20 тыс. долл. Кроме
этого, дополнительные 20 тыс. долл. внесут США,
5 тыс. долл. пожертвует Швеция и недостающую
до 1 млн. долл. сумму внесет ЮНЕСКО, как организация, которая будет осуществлять надзор за
выполнением проекта.
7 стран соперничают за размещение у себя этой
машины: Армения, Египет, Иран, Иордания, Оман,
Палестинская автономия и Турция. Израиль также
является участником проекта, но не претендует на
размещение машины на своей территории. Выбор
участка под синхротрон будет определен, исходя
из центрального географического местоположения
страны и доступности к источнику синхротронного
излучения для ученых любой религии, национальности и пола. Возможно, более богатые страны
будут иметь предпочтение, поскольку новый центр
должен иметь финансовые средства для дальнейшего развития. С учетом перечисленных критериев
верхние строчки в списке претендентов занимают
Иордания, Палестинская автономия и Египет. Армения, Иран и Оман слишком удалены от других
стран ближневосточного региона, а правительство
Ирана к тому же не гарантирует широкого доступа
специалистов в центр.
Впереди у центра вторая полоса препятствий - сбор
100 млн. долл. на строительство лабораторного
корпуса, на upgrade машины и на обеспечение те-
ПерсТ,
кущих расходов (см. ПерсТ, 6(20), 1999). Upgrade
включает расширение спектрального диапазона до
20-25кэВ, способных обеспечить жесткий рентген
для изучения кристаллографии протеинов и экологических исследований. Основная часть этой
суммы ожидается из таких больших карманов, как
США, Европа и возможно даже Япония.
Nature, 1999, 402(6764), p.849
ТОЧКА ЗРЕНИЯ
Синергетика - главная наука XXI века –
такую точку зрения высказал выступивший на
семинаре во ФТИАН'е (21 марта с. г.), сотрудник
Института
прикладной
математики
РАН
Г.Г.Малинецкий. Он много лет успешно работает в
коллективе, руководимом А.А.Самарским и
С.П.Курдюмовым, и занимается исследованиями в
области нелинейной динамики (синергетики). По
мнению докладчика, значение синергетики обусловлено ее прикладными аспектами, жизненно
важными для человечества.
Сейчас из этой науки вырастает теория управления
риском. А ведь риск постоянно увеличивается,
точнее, увеличивается цена риска. Помимо природных катастроф (пожаров, землетрясений, извержений вулканов и прочих), все возрастает размах рукотворных катастроф (типа чернобыльской
аварии). Уже сейчас ценой даже незначительной
ошибки может стать гибель всего человечества. От
науки пока не требуется устранения катастроф (это
ей не доступно), но предвидеть возможные последствия и указать на предгрозовое состояние
было бы исключительно важным делом. Последствия развития биологического оружия, генной
инженерии, информационной сети, охватывающей
весь мир, трудно пока представить. Изучение динамики этих процессов оставляет надежду на построение научных прогнозов, которые позволили
бы в определенный момент предпринять спасительные меры.
Другим признаком большой науки, присущим нелинейной динамике, по мнению автора, является
количество крутых поворотов или потрясений. За
сравнительно небольшой период их уже было два.
Была обнаружена самоорганизация в нелинейных
системах, в результате которой система, изначально описываемая огромным числом параметров,
внезапно упрощается, и для ее описания начинает
хватать небольшого числа параметров. Вторым
потрясением было открытие прямо противоположного явления - динамического хаоса, когда
сравнительно простая система нелинейных дифференциальных уравнений проявляет свойство
экспоненциально быстрого расхождения близких
траекторий, приводящее к хаотическому состоянию.
ПерсТ, 2000, том 7, выпуск 7
7
Многие явления находятся на грани между детерминированностью и стохастичностью. В последнее
время нелинейная динамика начала подмечать некоторую универсальность в сценарии различных
катастроф. Так, временное поведение индекса
Доу-Джонса, характеризующего состояние рынка
ценных бумаг, оказалось весьма похожим как для
периода великой депрессии в США, так и для других стран в состоянии экономического кризиса.
Только не для России. Кривая у нее другая! Но это
тоже важный результат. Можно сказать, что это
научное свидетельство того факта, что в российской экономике все еще велика роль субъективного
фактора. Мы это чувствуем, а наука доказывает.
Вообще, экономике нелинейная динамика может
сослужить хорошую службу. Дело в том, что планирование экономики, от которого мы совершенно
отказались, продолжает использоваться на Западе,
но срок планирования уменьшился с 5 лет до 0.5
года. Построение реалистических моделей спроса и
предложения является насущной задачей. В теорию стараются включить субъективные факторы,
типа тех, что уже давно интуитивно используют
дистрибъюторы, например, принося товар в день
зарплаты.
В последнее время коллектив ИПМ разрабатывает
теорию самоорганизованной критичности. Базовой
моделью является поведение кучи песка, которая
постоянно подстраивает себя на границу критичности (обвала). Исследуются системы со случайным воздействием, способным резко изменить характер поведения системы, подобно появлению
джокера в карточной игре. Возможно, при построении новой науки придется вообще отказаться от
дифференциальных уравнений. Мы настолько
привыкли все физические процессы описывать
дифференциальными уравнениями, что, собственно, построением теории и называется написание
этих самых уравнений, дающих решения, соответствующие эксперименту. Возможно, в будущем
придется использовать нечто другое.
Но пока ученые ИПМ исследуют многие известные
физические уравнения, в результате чего эти уравнения обретают новую жизнь. Так, очень интересные решения проявили двумерные уравнения Гинзбурга-Ландау, уже сыгравшие чрезвычайно важную роль в теории сверхпроводимости. Оказалось,
что небольшая рябь на поверхности вдруг в какой-то момент времени и в какой-то точке "складывается" в гигантский всплеск. Попытки его прогноза пока оказывается тщетными. Возможно, это
явление имеет отношение к таинственной гибели
ряда морских буровых платформ.
Нелинейная динамика занимается не только катастрофами. Докладчик назвал и более "спокойные"
примеры. Так,

теория фрактальной размерности позволяет
диагностировать предынфарктное состояние по
электрокардиограмме;
 обучающиеся клеточные автоматы (нейронные
сети) становятся прекрасными терапевтами;
 теория распознавания образов дает ответ на
вопрос, зачем нужен сон.
Да всего и не перечесть!
Подробнее с докладом можно ознакомиться на
странице Интернета:
http://www.computerra/1998/47/8.html.
В.В.Вьюрков
Техническое решение тривиально – часть линий
специального источника света совпадает с линиями
поглощения кислорода, часть – с линиями поглощения воды, другие линии в тех же спектральных
диапазонах, не совпадающие с линиями поглощения, служат как реперы. Все это в конечном итоге
позволяет контролировать содержание указанных
газов с точностью порядка десятой доли процента.
Тем не менее, пафос сообщения такой, что тот, кто
его прочтет, ни на минуту не сможет усомниться в
мощи и пользе оптоэлектроники – как минимум,
для граждан Америки.
ФИНАНСИРОВАНИЕ
Возможно, и нам стоит поучиться у американских
коллег некоторым способам добывания бюджетных средств на научные исследования!
Рост исследовательского бюджета в Индии
и Швеции
Индийские ученые приветствуют решение правительства увеличить в текущем году исследовательский бюджет на 30%, а в последующие 5 лет
удвоить его. В абсолютных цифрах это означает
скачок от 2.5млрд. до 3.25млрд. долл. в текущем
году, и добавление по 500млн. долл. в каждый последующий год пятилетки. Основной вклад будет
делаться через целевые научные программы, такие,
как биоинформатика, нанотехнология, интеллектуальные (smart) материалы и… более эффективное сжигание угля, эффективные технологии для
сахарной индустрии. Значительно возрастет также
финансирование исследований в интересах обороны и ядерной энергетики.
Шведские ученые, занимающиеся фундаментальными исследованиями, высказали недовольство
уменьшением финансирования фундаментальной
науки при общем увеличении финансирования
R&D. Парламентский комитет по науке в своем
докладе "Research 2000" поддержал требование
ученых. Откликом правительства на этот доклад
стало заявление министра науки T.Ostros'a о том,
что правительство намерено увеличить в 2000г.
бюджет фундаментальных исследований, составивший в 1999г. 1млрд долл., на 8.4млн. долл., а к
2002г. добавить еще 93млн. долл. Теперь напряглись прикладники…
Science, 2000, 287, 14 January
Science 1999, 284, 7 May
Конституция США под защитой
оптоэлектроники такой лестный для оптоэлектроники вывод напрашивается сам собой по прочтении короткой заметки в недельной рассылке новостей Американского
общества инженеров-оптиков (SPIE). При более
внимательном изучении источника выясняется, что
действительность более прозаична – оптоэлектроника используется для контроля состава атмосферы (паров воды и кислорода) при музейном хранении оригиналов Конституции, Декларации Независимости и Билля о Правах.
8
2000, том 7, выпуск 7
Источник:http://perl.spie.org/cgi-bin/news.pl?id=1500
НОВЫЕ ОБЗОРЫ
В первом выпуске “Успехов химии” с.г. (2000,
69(1), сс 3-40) опубликован обзор Ю.Д.Третьякова
и Е.А.Гудилина “Химические принципы получения
металлооксидных сверхпроводников”.
В обзоре представлены общие принципы приготовления купратных сверхпроводников на основе
редкоземельных элементов, а также на основе Bi,
Tl и Hg. Он включает фазовые диаграммы (существенно, недавно подготовленную диаграмму для
перспективной системы Nd-Ba-Cu-O), классификацию расплавных методик синтеза, особенности
микроструктуры плавленных керамик, методы химической гомогенизации в процессе ВТСП синтеза. Рассмотрены также методы роста монокристаллов, получение тонких пленок CVD методами,
методы введения искусственных включений в
Bi-Sr-Ca-Cu-O ленты для создания центров пиннинга и другие актуальные проблемы синтеза
ВТСП соединений. Библиография содержит 293
литературных ссылки.
НОВОСТИ ФИЗИКИ
В БАНКЕ ПРЕПРИНТОВ
СВЕРХПРОВОДНИКИ
О спиновых и зарядовых степенях свободы в
ВТСП
Гипотеза о возможном разделении спиновых и зарядовых степеней свободы в многоэлектронных сильно
коррелированных системах привлекает в последнее
время повышенное внимание в свете недавних экспериментов с низкоразмерными проводниками и высокотемпературными сверхпроводниками. Однако до
сих пор не удавалось дать непосредственное подтверждение (или опровержение) этой гипотезы, поскольку большинство экспериментальных методик
чувствительны как к спиновым, так и к зарядовым
возбуждениям. Автор препринта предлагает использовать для исследования этой проблемы фотоэмиссию дырок глубоких уровней (XPS) и ядерный маг-
ПерсТ,
нитный резонанс (NMR) как две независимые методики определения спиновой и зарядовой восприимчивости. Сравнение данных XPS и NMR может помочь окончательно решить вопрос о наличии/отсутствии разделения спина и заряда, в том
числе у физических систем, в которых предполагается наличие псевдощели. Развитые идеи обсуждаются
применительно к нормальному состоянию ВТСП и
иллюстрируются на примере квазиодномерных систем с волной зарядовой плотности.
N.Shannon, http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0003385
Contact: Nic Shannon <nsshannon@facstaff.wisc.edu>
Неоднородность распределения заряда в
YBa2Cu3O6+x
Сообщается о результатах исследования характеристик продольных оптических фононов в ВТСП
YBa2Cu3O6+x методом неупругого рассеяния нейтронов. Получены четкие указания на существование
пространственной неоднородности в распределении
носителей заряда. Степень этой неоднородности зависит от температуры. Увеличение концентрации
носителей приводит к росту объемной доли заряженных областей, тогда как локальная плотность заряда остается неизменной. В “оптимально” допированном образце (имеющем максимальную критическую температуру Tc) характер распределения заряда
резко меняется при T  Tc, причем неоднородность
сильнее ниже Tc. Существенная зависимость фононных свойств от распределения заряда говорит об
“участии” фононов в зарядовой динамике.
Y.Petrov et al.,
http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0003414
Contact: Yury Petrov <petrov@pdfsun.lrsm.upenn.edu>
Сверхпроводящие переходы в монокристаллах La2-xSrxCuO4 с различной концентрацией
носителей
Измерены диамагнитные моменты сверхпроводящих
монокристаллов La2-xSrxCuO4 с одинаковыми критическими температурами, но с различным содержанием стронция ("underdoped" и "overdoped" составы).
В "underdoped" образце имеет место только один
сверхпроводящий переход, соответствующий H = Hc2,
тогда как в "overdoped" образце зарегистрировано два
перехода, один из которых – при том же значении
Hc2, а второй обусловлен, по-видимому, взаимодействием между сверхпроводящими "кластерами", образующимися при фазовом расслоении.
H.H.Wen et al.,
http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0003507;
submitted to Phys. Rev. Lett.
Contact: W.L.Yang <wlyang@ssc.iphy.ac.cn>
БОЗЕ-КОНДЕНСАЦИЯ
Столкновение двух бозе-конденсатов
Экспериментально изучено взаимодействие двух бозе-конденсатов атомов 87Rb, созданных в сдвинутых
друг относительно друга “гармонических ловушках”.
Это взаимодействие проявляется в смещении частоты
колебаний центра масс на 6.4%. Периодические
столкновения бозе-конденсатов приводят к осцилля-
ПерсТ, 2000, том 7, выпуск 7
9
циям их формы. Полученные результаты хорошо согласуются с расчетами, выполненными в рамках теории среднего поля.
P.Maddaloni et al.,
http://xxx.lanl.gov/abs/cond-mat/0003402
Contact: Modugno Michele <modugno@fi.infn.it>
ФИЗИКА И СОЦИОЛОГИЯ
Фракталы, фракталы,
кругом одни фракталы …
На вопрос “Почему в нашей Вселенной справедливы
законы термодинамики?” дается ответ: “Эти законы
есть следствие мультифрактальной структуры пространства-времени в равновесном состоянии Вселенной”. Не останавливаясь на этом утверждении, авторы идут дальше и предлагают феноменологическую
теорию роста численности населения Земли. Эта
теория основана опять же на предположении о мультифрактальности, на этот раз числа людей как функции времени. Эта теория включает в себя контрольные параметры и в частных случаях совпадает с известными феноменологическими моделями народонаселения.
L.Ya.Kobelev and L.L.Nugaeva,
http://xxx.lanl.gov/abs/physics/0003035
L.Ya.Kobelev, http://xxx.lanl.gov/abs/physics/0003036
Contact: Leonid Ya. Kobelev <leonid.kobelev@usu.ru>
КОНФЕРЕНЦИИ
1 – 9 July 2000: 6th Advanced Studies on Superconducting Engineering (ASSE2000), Eger, Hungary.
After ASSE2000, a special two-day (July 10-11, 2000)
satellite workshop will be held on Superconducting
Flywheels.
Contact Dr. István Vajda,
telephone +36 1 463-2961; telefax +36 1 463-3600,
e-mail vajda@supertech.vgt.bme.hu
1 – 4 August, 2000: Minisymposium on Correlation in
Mesoscopic Systems, Miramare, Trieste, Italy.
Topics are interaction in mesoscopic systems, 2D delocalization transition, and non-equilibrium meso-scopics.
Contact Ms. E. Brancaccio,
telephone +39 040 2240284; telefax +39 040 2245163;
e-mail SMR1234@ictp.trieste.it
Web site
http://www.ictp.trieste.it/cgibin/ICTPsmr/mkhtml/smr
2html.pl?smr1234/Bulletin
17 – 22 September 2000: The Applied Superconductivity Conference (ASC 2000), Pavilion Convention
Center, Virginia Beach, Virginia, USA.
Papers will be presented in three general areas of superconductivity: large scale, materials, and electronics.
Further information available at the
Web site http://www.ascinc.org
Экспресс-бюллетень “ПерсТ” выходит при поддержке
Министерства науки и технологий РФ,
Научных Советов Российских научно-технических программ:
“Актуальные направления в физике конденсированных сред”,
“Перспективные технологии и устройства микро- и наноэлектроники”, “Физика твердотельных наноструктур”
Ответственный редактор: С.Корецкая тел: (095) 930 33 89, e-mail: perst@isssph.kiae.ru
В подготовке выпуска принимали участие: М.Белоголовский, В.Вьюрков, Л.Журавлева, А.Елецкий, Ю.Метлин, М.Компан,
Л.Опенов
Компьютерный ввод, макет: О.Хлыстунова
Тираж: Ю.Мухин
Адрес редакции: 117296 Москва, Ленинский проспект, 64А
10
2000, том 7, выпуск 7
ПерсТ,