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Des chercheurs du MEPhI de l'Université nationale de recherche nucléaire, en collaboration avec les spécialistes de l'IFM, ont mis au point et analysé des nanohétérostructures sur une base d'arséniure de gallium capables d'accélérer le fonctionnement des circuits électriques de haute fréquence.

Une hétérostructure se présente sous la forme d'un matériau stratifié cultivé sur un support à partir de différents semi-conducteurs généralement utilisés dans l'électronique. Le "design quantique" moderne permet de les concevoir en les dotant des propriétés exigées pour la production d'appareils électroniques de pointe.

La rapidité de fonctionnement des appareils peut être améliorée en augmentant la teneur en indium dans la couche conductrice "active" du matériau. L'augmentation de la teneur en indium permet de réduire la masse d'électrons dans la structure, ainsi que d'augmenter leur vitesse, c'est pourquoi le fonctionnement des appareils électroniques s'accélère également. Cependant, le procédé est compliqué par la tension mécanique de la maille cristalline dans les couches adjacentes.

Les physiciens du MEPhI ont réglé ce problème en accroissant la couche épaisse "transitive" et en augmentant progressivement la teneur en indium dans la composition de la couche active. Au final, les chercheurs l'ont augmenté jusqu'à presque 100% avec des tensions mécaniques minimales.

L'augmentation des échantillons a recouru à la méthode d'épitaxie — une culture couche par couche de semi-conducteurs cristalliquement parfaits sur un "support virtuel" où, avec un accroissement de la couche transitoire, le paramètre de la maille cristalline change progressivement.

Les chercheurs ont trouvé des conditions optimales pour la culture: la température du support, la structure de la couche transitoire, l'épaisseur et la composition de la couche active. C'est pourquoi les structures obtenues sont de grande qualité avec une faible diffusion d'électrons et une faible aspérité de la surface (seulement 2 nanomètres).

Les propriétés électroniques des modèles mis au point au MEPhI ont été mesurées par les spécialistes de l'IFM. Pour cela, ils ont effectué des recherches à basse température (1,8 kelvin soit —271,35°C) dans un champ magnétique puissant. Cela a permis d'observer dans la couche active les effets quantiques liés à la forte teneur en indium, notamment les variations de la résistance magnétique et l'effet Hall quantique, qui avait valu à son découvreur le prix Nobel de physique en 1985.

Selon les spécialistes, les informations publiées par les chercheurs russes dans le magazine scientifique "Journal of Magnetism and Magnetic Materials" permettent de comprendre les particularités de la manifestation de l'effet Hall quantique dans les nanostructures modernes.

"C'est avant tout une recherche fondamentale, explique l'un des auteurs Ivan Vassilievski, maître de conférences à la chaire de physique des milieux condensés au MEPhI. Cependant, elle a également un potentiel appliqué. Il s'explique avant tout par le fait que de telles structures affichent une haute mobilité d'électrons et assurent des fréquences élevées (jusqu'à 200Ghz) de fonctionnement des transistors et des circuits électriques."

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Tags:
physique, nanotechnologies, Université nationale de recherche nucléaire (MEPhI), Russie
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