Такая машина идеальна для решения криптографических задач, она способна достаточно быстро взламывать военные серверы и компьютерные сети, вскрывать защищенные каналы связи, лишая армию управления, – не говоря уже о проникновении в банковские сети и прочие гражданские компьютерные системы. Обладание соответствующими технологиями – вопрос выживания государства.
СМИ о нас
| 15.12.25 | 09.12.2025 Царьград. РАН разработала атомные часы для улучшения навигации в России |
На встрече с Владимиром Путиным президент РАН Геннадий Красников представил уникальные атомные часы. Разработанные в Физическом институте имени Лебедева, эти часы на основе атомов тулия улучшат точность навигации до десяти в минус шестнадцатой степени.
Русские учёные создали усовершенствованные атомные часы, которые способны значительно повысить точность навигационных систем. Об этом сообщил президент Российской академии наук Геннадий Красников во время встречи с президентом России Владимиром Путиным.
"Эти часы являются оптическими, основанными на атомах тулия. Они обладают особыми характеристиками, которые позволяют корректировать ошибки, вызванные магнитными и электрофизическими полями. В результате мы достигаем высочайшей точности, равной десяти в минус шестнадцатой степени", - отметил Красников в разговоре с Путиным.
Он также подчеркнул, что создание этих часов было осуществлено в Российском Физическом институте имени Лебедева, где удалось достичь выдающихся стандартов точности.
Ранее мы писали о подготовке к запуску ракеты-носителя "Протон-М" в декабре. Важным моментом стало то, что запуск "Электро-Л" станет последним с разгонным блоком ДМ, изготовленным корпорацией "Энергия". Следующие миссии будут осуществляться с других космодромов России, таких как Восточный и Плесецк.
| 15.12.25 | 09.12.2025 РИА Новости. Российские ученые разработали атомные часы |
Президент РФ Владимир Путин и президент Российской академии наук Геннадий Красников во время встречи
МОСКВА, 9 дек - РИА Новости. Российские ученые разработали атомные часы, которые могут на порядок повысить точность навигации, заявил президент РАН Геннадий Красников на встрече с главой российского государства Владимиром Путиным.
"Это атомные часы оптические, основанные на атомах тулия. Там есть такие свойства определённые, которые позволяют их использовать тем, что гасить погрешности, за счёт которых это магнитные, электрофизические поля. И у нас получается высочайшая точность, десять в минус шестнадцатой степени", - сказал Красников Путину.
Он добавил, что разработка таких часов была выполнена в российском Физическом институте имени Лебедева, где смогли достичь высоких стандартов точности.
"Такие часы транспортные, их можем в космос направлять. И сегодняшняя, скажем, ГЛОНАСС-система, там всего на три порядка, на два-три порядка хуже. И если её сделать, то мы сразу же на порядок увеличиваем только за счёт этого точность позиционирования... Это такой мировой уровень. Эта работа выполнена у нас в Физическом институте Лебедева", - подчеркнул Красников.
| 05.12.25 | 04.12.2025 ТАСС. Эксперт Бетеров предположил, когда РФ сможет достигнуть квантового превосходства |
Это может произойти в ближайшие пару лет, отметил научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН
НОВОСИБИРСК, 4 декабря. /ТАСС/. Российские квантовые компьютеры смогут достичь квантового превосходства, то есть решать задачи, которые не способны решать обычные компьютеры, в ближайшие пару лет. Ближе всего к созданию такого компьютера система на ультрахолодных ионах, разрабатываемая в Москве, сообщил ТАСС научный сотрудник Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, заместитель заведующего кафедрой квантовой электроники Новосибирского государственного университета (НГУ) Илья Бетеров.
Квантовое превосходство означает, что квантовый компьютер использует свойства квантовой механики - суперпозицию и запутанность - для решения задач, которые не работают на классическом компьютере. Это открывает возможности для квантового моделирования, которое ускорит создание новых материалов, лекарств, оптимизации химических реакций.
"Для достижения квантового превосходства нужно 50-100 кубитов. Среди российских платформ к этому ближе всего система на ультрахолодных ионах, разрабатываемая в Физическом институте имени Лебедева (ФИАН) в Москве. В этой системе есть 25 ионов иттербия, в каждом из них используется четыре уровня, то есть эта система эквивалентна 50 кубитам, что уже приближается к необходимым для квантового превосходства параметрам. Поэтому можно ожидать, что демонстрация квантового превосходства состоится уже в ближайшие годы", - сказал собеседник агентства, уточнив, что это может произойти в течение пары лет.
Он пояснил, что несмотря на это, радикально увеличивать масштаб такой системы чрезвычайно трудно. "Определенный прогресс в России есть и для других платформ, в том числе - сверхпроводящей и атомной, но там существенно больше технических трудностей, поэтому здесь бы я не рассчитывал на быстрые результаты. Но эти платформы перспективнее в плане дальнейшего масштабирования", - подчеркнул он.
Отличие квантовых компьютеров от обычных
Вместо битов (единиц информации, которые могут принимать значения 0 или 1) квантовые компьютеры оперируют кубитами - квантовыми битами, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний одновременно. Квантовые компьютеры могут параллельно перебирать все варианты решения, в то время как обычные компьютеры перебирают варианты последовательно. Кроме этого, квантовые компьютеры могут использовать методы вычислений, основанные на принципах квантовой механики, которые решают задачи быстрее, чем классические алгоритмы. Предполагается, что в будущем такие компьютеры смогут обрабатывать огромные массивы данных. Сейчас наибольших успехов в квантовых вычислениях достигли Китай и США.
| 05.12.25 | 02.12.2025 Первое студенческое агентство. Астроном: Ожидается сильнейшая магнитная буря класса G3–G4 |
Источник: freepik.com
Если на Солнце появятся пятна и один из них выбросит большой поток частиц в сторону Земли, это может вызвать мощную магнитную бурю уровня G3–G4. Об этом Агентству городских новостей «Москва» сообщила старший научный сотрудник Московского физико-технического института Евгения Кравченко.
«Последствия будут зависеть от мощности вспышки и направленности выброса. Допустим, он будет в сторону Земли и иметь класс Х1–Х10 – мощный выброс. Тогда произойдет сильная магнитная буря уровня G3–G4», – сказала Евгения Кравченко.
Вспышка может вызвать временный сбой в работе GPS и ГЛОНАСС. Точность спутниковой навигации ухудшится, а сигнал может пропасть полностью, особенно в приполярных районах. Радиопомехи также вероятны, особенно в коротковолновом диапазоне. Это важно для связи морских судов и самолетов.
По словам эксперта, самым серьезным последствием магнитных бурь может стать нагрузка на энергосистемы. Индуцированные токи в линиях электропередачи могут вызвать скачки напряжения и аварийные отключения. В крайне редком случае вспышки мощностью Х20 и выше могут повредить силовые трансформаторы и серьезно нарушить работу энергосистем.
Кравченко отметила, что для жизни на Земле такие явления не представляют прямой угрозы, а у профильных служб есть четкие инструкции на случай их возникновения. Сейчас ситуация остается спокойной. Согласно прогнозу проекта BSA-SpaceWeather, основанному на данных радиотелескопа БСА ФИАН, в последние три дня происходили солнечные вспышки класса M, а в последние сутки — одна вспышка класса X. Однако все они происходят далеко от линии «Солнце–Земля».
Эксперт также сообщила, что в случае магнитной бури можно ожидать ярких полярных сияний, в том числе над Москвой. Во время события Каррингтона в 1859 году произошла вспышка как минимум класса Х9, и полярное сияние было видно даже над Карибами.
| 05.12.25 | 02.12.2025 Регионы России. Магнитная буря может оставить нас без связи? Ученый оценил угрозу мощной вспышки на Солнце |
Ученый Кравченко: выброс плазмы Солнца может вызвать сильную магнитную бурю
Фото: istockphoto.com/murat4art
Старший научный сотрудник Московского физико-технического института Евгения Кравченко сообщила, что в случае крупного выброса плазмы из образовавшихся на Солнце пятен в сторону Земли может возникнуть сильная магнитная буря класса G3–G4. Ее слова передает Агентство городских новостей «Москва».
Кравченко пояснила, что последствия зависят от мощности и направленности солнечного выброса: если он будет направлен в сторону Земли и достигнет уровня X1–X10, то вызовет сильную магнитную бурю G3–G4, способную привести к временным сбоям GPS/ГЛОНАСС с ухудшением или потерей сигнала, особенно в приполярных зонах, а также к радиопомехам в коротковолновом диапазоне, критическом для связи морских судов и авиации.
Эксперт отметила, что наиболее серьезным последствием может стать нагрузка на энергосистемы: индуцированные токи в ЛЭП при сильной магнитной буре способны вызвать скачки напряжения и аварийные отключения, а в крайне маловероятном случае вспышки мощностью от Х20 — даже повредить силовые трансформаторы, однако для жизни на Земле такие события прямой угрозы не несут, у профильных служб есть отработанные протоколы действий, и текущая обстановка остается спокойной.
«Пока прогноз проекта BSA-SpaceWeather, основанный на данных наблюдений на радиотелескопе БСА ФИАН, такой: в последние трое суток происходят солнечные вспышки класса M, и в последние сутки произошла одна вспышка класса X, но все они происходят пока далеко от линии „Солнце–Земля“. Сегодня, 2 декабря, магнитной бури не ожидается», — сказала астроном.
Она также добавила, что в случае сильной магнитной бури возможны яркие полярные сияния, в том числе над Москвой, напомнив, что во время события Каррингтона в 1859 году, вызванного вспышкой как минимум класса X9, полярное сияние наблюдали даже над Карибами.
Ранее ученые РАН заявили, что магнитные бури начнутся на Земле 3 декабря.
| 05.12.25 | 02.12.2025 Агентство городских новостей «Москва». Астроном предупредила о риске магнитной бури из-за гигантских пятен на Солнце |
В случае крупного выброса в сторону Земли из образовавшихся на Солнце пятен может возникнуть сильная магнитная буря класса G3–G4. Об этом Агентству городских новостей «Москва» сообщила старший научный сотрудник Московского физико-технического института Евгения Кравченко.
«Последствия будут зависеть от мощности вспышки и направленности выброса. Допустим, он будет в сторону Земли и иметь класс Х1–Х10 – мощный выброс. Тогда произойдет сильная магнитная буря уровня G3–G4. Такая вспышка может привести к временному сбою GPS/ГЛОНАСС. Ухудшится точность спутниковой навигации, возможны полные потери сигнала, особенно в приполярных регионах. Также возможны радиопомехи, особенно в коротковолновой радиосвязи. Это важно для связи морских судов и самолетов», – сказала Евгения Кравченко.
По словам эксперта, наиболее серьезным последствием может стать нагрузка на энергосистемы.
«В случае сильных магнитных бурь индуцированные токи в линиях электропередачи могут привести к скачку напряжения и аварийным отключениям энергосистем. Если же, что очень маловероятно, произойдет вспышка мощностью от Х20, это может привести к повреждению силовых трансформаторов и более серьезному повреждению энергосистем», – добавила она.
Кравченко подчеркнула, что для жизни на Земле такие события прямой угрозы не несут, а у профильных служб есть протоколы действий на подобные случаи. При этом текущая обстановка остается спокойной.
«Пока прогноз проекта BSA-SpaceWeather, основанный на данных наблюдений на радиотелескопе БСА ФИАН, такой: в последние трое суток происходят солнечные вспышки класса M, и в последние сутки произошла одна вспышка класса X, но все они происходят пока далеко от линии «Солнце–Земля». Сегодня, 2 декабря, магнитной бури не ожидается», – пояснила астроном.
По ее словам, в случае возникновения бури возможны яркие полярные сияния, в том числе – над Москвой.
«Во время события Каррингтона в 1859 году произошла вспышка как минимум класса Х9. Тогда полярное сияние видели даже над Карибами», – заключила Кравченко.
Ранее СМИ сообщали, что на Солнце сформировался самый крупный в текущем году комплекс солнечных пятен.
| 21.01.24 | 18.01.2024 TechInsider. «Атомная бомба XXI века»: ученые объясняют технологию создания квантового компьютера |
Но квантовые компьютеры нужны не только для военных целей – они необходимы для решения задач в области квантовой химии, оптимизации финансового моделирования, обучения искусственного интеллекта. С помощью квантовых алгоритмов можно рассчитывать параметры сложных молекул, лекарств, новейших материалов – например, для авиастроения.
Если продолжить сравнение квантовой машины с атомной бомбой, то следует вспомнить, что при общем названии вариантов таких бомб было множество и они сильно различались между собой. Например, бомба, сброшенная на Хиросиму, была сделана по пушечной схеме из высокообогащенного урана, а сброшенная на Нагасаки – по имплозивной схеме с обжатием плутония сферической сходящейся ударной волной. Точно так же сейчас – при едином принципе работы – существует несколько концепций построения квантового компьютера. Главные технологии, на которых сосредоточены все усилия, – это ионные ловушки, нейтральные атомы, фотоны и сверхпроводящие кубиты. Никто точно не знает, какая из технологий в итоге «выстрелит», поэтому развивать приходится все. Пока мы, как и с отечественным атомным проектом, по некоторым направлениям отстаем от стран – лидеров квантовой гонки на три-пять лет, но уже постепенно нагоняем конкурентов.
Ближе всех к цели подошла группа Николая Колачевского из совместной лаборатории Физического института им. П. Н. Лебедева (ФИАН) и Российского квантового центра (РКЦ), занимающаяся квантовыми компьютерами на ионах. Мы поговорили о работе над этим проектом с заместителем руководителя научной группы Ильей Семериковым.
Выпускнику МФТИ Илье Семерикову всего 31 год, но он возглавляет одно из важнейших направлений квантовой физики и входит в первую десятку ученых, которые двигали отечественную науку в этом году.
Пара носков
В традиционных компьютерах единицей информации является бит, а в квантовых – кубит. В отличие от традиционного бита кубит в квантовом мире не обязан быть в одном состоянии: он может быть в любой комбинации из них – в квантовой механике это называется суперпозицией. Четыре классических бинарных бита имеют 24 конфигураций в одном из 16 состояний. А четыре кубита могут быть одновременно во всех 16 состояниях. Чтобы описать состояние системы из четырех кубит, нужно 16 чисел. И это количество возрастает экспоненциально с каждым новым кубитом. Так, для описания 20 кубитов уже понадобится хранить около миллиона значений одновременно, а для 300 потребуется больше чисел, чем атомов во Вселенной.
Еще одно странное свойство кубитов – запутанность: каждый запутанный кубит мгновенно реагирует на изменение состояния другого кубита, как бы далеко друг от друга они ни находились. Измерив один запутанный кубит, мы можем узнать состояние другого, связанного с ним. Чтобы объяснить это явление людям, незнакомым с квантовой физикой, обычно используют сравнение с носками. Представьте, что у вас есть пара квантово связанных носков, разнесенная по разным континентам. Тогда если на одном континенте кто-то наденет носок на правую ногу, то на другом континенте второй носок мгновенно окажется на левой.
Не кубитом единым
Квантовый компьютер Ильи Семерикова расположен в подвальном помещении ФИАН на Ленинском проспекте и напоминает нагромождение лазеров, линз и камер – в общем, классическую лабораторную установку из мира квантовой оптики. На черном фоне монитора выстроились в одну линию 10 светящихся белых точек – это и есть связанные ионы. Прогресс в области квантовых технологий ошеломляющий. Когда я договаривался с Ильей о встрече, у него был 16-кубитный квантовый компьютер, а когда доехал – уже 20-кубитный.
На мониторе работа квантового компьютера на ионах выглядит как цепочка из 10 висящих в вакууме светящихся точек. Но за этими точками стоят невероятно сложные технологии.
freepic
Когда речь заходит о квантовых вычислениях, люди прежде всего смотрят на число кубит, потому что это понятная метрика. Тут работает обратная связь: ученые понимают, что успешность их работы оценивают по количеству кубит, и начинают это количество увеличивать: в США так делают, чтобы понравиться инвесторам, в России – правительству, в Китае – партии. Но на самом деле важна комбинация параметров. Нельзя сказать, что число кубит – какая-то бессмыслица, нет, это действительно одна из главных характеристик. Но не менее значимо качество операций.
Квантовые вентили делятся на два вида: одно- и двухкубитные. Однокубитные операции «дешевые»: у них маленькая ошибка. Ошибки в вычислениях независимые, поэтому, если последовательно проводить несколько операций, они складываются. И можно посмотреть, сколько сотен операций удастся провести, прежде чем ошибка станет больше 50%.
Второй существенный параметр – достоверность двухкубитных операций на массиве.
Кудиты
Группа Колачевского работает с кудитными операциями. Кудиты – особые квантовые системы, которые могут одновременно находиться в более чем двух состояниях и выполнять, в частности, двухкубитные операции. По сути, кудит является усовершенствованной версией кубита. В чем их преимущество?
Кудитных универсальных процессоров в мире всего два: один построен в Инсбурге, второй – у Семерикова.
Годы работы
Квантовыми компьютерами Илья занимается всего четыре года, до этого он шесть лет работал с квантовыми сенсорами, а начинал свой путь в науку вообще с теоретической астрофизики, сидя этажом выше в том же институте.
Первые ионы в ловушке российские физики получили в конце 2020 года, за три года дотянувшись до уровня лучших научных групп по этому направлению. В качестве рабочего тела команда Семерикова использует ионы 171-го изотопа иттербия: у них одна из самых интересных квантовых структур уровней, которые охлаждаются при помощи лазера до минимально возможной температуры – порядка милликельвина. Для сравнения: самая низкая температура во Вселенной – 2,7 К, то есть ионы в квантовом компьютере в тысячу раз холоднее.
Время жизни ионов
Удерживаются охлажденные ионы в сверхнизком вакууме электромагнитными полями. «У нас один из лучших вакуумов во Вселенной», – смеется Илья. На экране компьютера светятся 10 ярких точек-ионов. «Это вчерашние, – говорит физик. – А так они у нас живут неделю. Потом один из них "цепляет" водород, и вместо чистого иттербия получается его гидрид, который мы разрушаем при помощи лазера. Иногда не получается. Тогда мы ловим новые ионы».
Ионы расположены в вакуумной камере на расстоянии порядка 5 микрон друг от друга. Цепочкаиз 10 ионов – уже 50 микрон, вполне макроскопическая величина. «Зарядка» компьютера ионами происходит при помощи небольшой трубочки, в которую забит металлический иттербий. Она разогревается до 250–300 °С, иттербий начинает испаряться, и в сторону ловушки летит нейтральный поток атомов.
Внутри ловушки они подсвечиваются лазером и происходит изотопно-селективный переход на промежуточный уровень. Вторым фотоном отрывается электрон, причем только от 171-го изотопа иттербия, который и захватывается ловушкой. Примерно через 10 секунд на экране появляется светящаяся точка. 100 секунд – и компьютер заряжен ионами. Этого хватает на неделю экспериментов. По словам Ильи Семерикова, если уйти в криогенику, то время жизни ионов станет практически неограниченным: они в ловушке могут жить годами.
Вот такая sCMOS-камера позволяет наблюдать за цепочкой светящихся ионов. ПАО "Туполев"
Ловушка
Первой трудной задачей было как раз создание ловушки. Ионы в ней удерживаются электромагнитным полем, и его важная характеристика – секулярная частота, частота колебаний ионов. В первой ловушке она составляла 1,5 МГц, в новой достигает 4,4 МГц. К тому же поле должно быть с низкими шумами, оно характеризуется темпами нагрева по числу фононов (квазичастица, квант энергии согласованного колебательного движения атомов) в секунду. Вот, например, в старом устройстве число темпа нагрева достигало 10 тыс. фононов в секунду, а в новом – всего 10, как у лучших ловушек в мире.
Уже музейный экземпляр – ионная ловушка, в которой был получен первый ионный кристалл в России еще в 2016 году. ПАО "Туполев"
Лазер
Вторая сложность – лазер, при помощи которого производятся одно- и двухкубитные операции. Берут обычный коммерческий лазер с шириной линии порядка нескольких мегагерц и при помощи специальных техник уменьшают ее до 1 Гц. Для этого команде Семерикова пришлось создать ультрастабильный оптический резонатор, который помещается в вакуумную камеру с температурой стабильности 10–6 градусов.
Еще одна задача – автоматическая калибровка. В российской установке сотни параметров, и все нужно контролировать. Несколько десятков уже удалось автоматизировать, остальные ждут своей очереди. После этого Илья хочет перейти от оптического набора кудитов к радиочастотному, что увеличит время когерентности и позволит делать больше операций. Например, у квантовых компьютеров на сверхпроводниках время когерентности составляет порядка 0,5 мс, а у компьютеров на ионах – 20 мс, что в 40 раз лучше. На радиочастотных кубитах можно будет довести время до часа. После этого Семериков собирается заняться повышением уровня достоверности операций.
Количество имеет значение
«А что дальше?» – спрашиваю я. «Увеличивать количество кубит. – У Ильи на все готов ответ. – Над этой задачеймы тоже работаем: конструируем планарные ловушки».
Дело в том, что произвольно увеличивать цепочку ионов нельзя: теряется связанность. После 30 ионов проводить двухкубитные квантовые операции практически невозможно. Если надо работать с большим числом, приходится переходить на планарные ловушки, в которых ионы располагаются над поверхностью специального чипа, – что-то вроде обычных компьютерных микросхем, но сделанных по совершенно иной технологии. Требуются относительно большие элементы микронного, а не нанометрового размера и очень толстые диэлектрики. Но нельзя прийтина фабрику и сказать: «Ребята, сделайте мне, пожалуйста, вот такое же, только с толщиной диэлектрика 10 микрон». Тем не менее нам удалось найти тех, кто умеет работать с подобными величинами, и не за границей, а в России. Первую партию сложных ловушек уже изготовили в столичном МИЭТе.
Дорогое удовольствие
Квантовый компьютер – штука недешевая. Мы ходим с Ильей вокруг установки, и я интересуюсь стоимостью компонентов. Например, за оптический стол, на котором все смонтировано, пришлось заплатить около 1,3 млн руб. Он должен быть очень стабильным, «развязан» от пола, внутри – сложная сотовая структура. И это далеко не самая дорогая часть. Измеритель длин волн, который для всего мира выпускает компания из новосибирского Академгородка, продается за 10 млн. Оптический резонатор, который ребята собирают сами, обычно стоит под 20 млн. За лазеры для считывания состояний атомов тоже просят 20 млн; раньше их покупали в Германии, а теперь в Китае.
«Китайские, как ни странно, лучше, – отмечает Илья. – Но и дороже».
То есть оборудование всего для одной установки обходится минимум в 300 млн руб., а таких установок нужно несколько. Отдельная гордость Ильи – локализация: весь его квантовый компьютер можно собрать из отечественных и китайских комплектующих, так что санкции нашим физикам нипочем.
Самая дорогая часть установки и гордость группы Колачевского – ультрастабильный оптический резонатор, который они делают сами. Про него даже не скажешь «ювелирная работа»: такая точность ювелирам и не снилась. ПАО "Туполев"
| 19.01.24 | 18.01.2024 Научная Россия. Гиперзвук исправит дефекты полупроводников |
Коллектив исследователей из ФИАН и МФТИ разрабатывает подход, который в перспективе позволит без прямого контакта с полупроводником вылечивать в нем некоторые типы дефектов. Ученые демонстрируют возможность «выгонять» дефект из полупроводниковой структуры с помощью лазерного гиперзвука, а движение дефекта детектируют по тонким изменениям в структуре пространственного свечения кристалла. Исследование поможет в разработке простой и доступной технологии улучшения качества полупроводниковых гетероструктур. Работа опубликована в журнале Journal of Applied Physics.
Гиперзвуковые волны, распространяющиеся вдоль среза (111) монокристалла теллурида кадмия. Пятно в центре рисунка – область начального возбуждения волны. Источник: ФИАН
Современная физика полупроводниковых гетероструктур изучает сложные многослойные объекты с хитрым строением. Например, структуры с множественными квантовыми ямами для изготовления лазеров или фотодетекторов. В таких структурах могут быть дефекты-вредители — дислокации: атомные цепочки или даже целые плоскости атомов, которые стоят не на своем месте. «Нарушители порядка» появляются в процессе производства кристаллов из-за неоднородности подложки, на которой выращивают структуру, случайного загрязнения или недостаточно точного контроля определенных технологических параметров.
Даже на современном уровне развития полупроводниковых технологий невозможно идеально контролировать процесс производства на атомном уровне. Например, в крупноформатной фоточувствительной матрице, в которой по сложной технологии изготавливаются много разных гетероструктурных пикселей, 100% пикселей не получаются «здоровыми». Дефекты-вредители могут приводить к непредсказуемым изменениям свойств материала. Это приводит к появлению неправильно работающих, «больных» пикселей. Соответственно, нужен метод воздействия на данные пиксели чтобы по возможности уменьшить их количество.
Ранее в литературе был описан механизм воздействия на один из распространенных типов линейных дефектов с помощью пучка высокоэнергетичных электронов: в просвечивающем электронном микроскопе можно обнаружить дислокацию, затем с помощью сфокусированного пучка электронов сместить эту дислокацию или изменить ее внутреннюю структуру. При определенных условиях удавалась полностью устранить структурный дефект. Идея исследователей из ФИАН и МФТИ состояла в том, чтобы реализовать похожую технику, но в более простой, полностью оптической установке.
В качестве метода воздействия выбрали сфокусированный лазерный импульс длиной в сотни пикосекунд. Этот импульс поглощается в приповерхностных слоях кристалла и нарушает покой электронно-дырочной системы, основных «жителей» полупроводника. Чтобы успокоиться, система сбрасывает энергию в виде фононов — квантов колебаний кристаллической решетки. При правильном механизме возбуждения, наряду с квазитепловыми фононами, образуется гиперзвуковая деформационная волна, или, по-другому, импульс когерентных фононов гигагерцовых или субтерагерцовых частот. Эта волна, как считают авторы, приводит к скольжению дефекта и теоретически может позволить «выгонять» дислокации из кристалла.
Остается только проверить, что дефект-вредитель перебрался в другое место. Оптическим микроскопом напрямую дислокацию не увидеть, она слишком мала. Но можно подключить к решению задачи косвенный метод — микрофотолюминесценцию при низкой температуре. Электрон-дырочные пары цепляются за дефекты в кристалле и, если температура достаточно низкая, формируют яркие точечные излучатели. А при движении дефекта по кристаллу картина высвечивания будет изменяться, и таким образом можно уловить движение дислокации.
«У нас есть инструмент, который запускает волну гиперзвука, которая, в свою очередь, стимулирует движение дислокации, и инструмент, который позволяет увидеть ее движение. На примере распространенного модельного полупроводника мы показали, что можно подобрать параметры инструментов и заставить дефект двигаться, – комментирует Владимир Кривобок, руководитель Отдела твердотельной ИК фотоники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. – Метод можно обобщить на другие полупроводниковые материалы и пробовать создать технологию».
Как и многие интересные научные результаты, этот был получен побочно, в процессе исследования сложных полупроводниковых гетероструктур. Натолкнуться на идею позволило наличие у ученых двух установок: гиперзвукового микроскопа и установки для измерения микрофотолюминесценции при низких температурах. Гиперзвуковой микроскоп позволяет создать импульс, который выгоняет дислокацию из кристаллической структуры полупроводника, а микрофотолюминесценция помогает проверить, что «терапия» сработала.
Полученные результаты станут основой для разработки полностью оптической технологии локальной лазерной обработки протяженных дефектов в полупроводниках.
Исследование выполнено при поддержке Федеральной программы академического лидерства «Приоритет 2030».
Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
https://scientificrussia.ru/articles/giperzvuk-izlecit-poluprovodnik-ot-defektov
| 18.01.24 | 18.01.2024 Российская академия наук. Применение гиперзвука для улучшения качества полупроводниковых гетероструктур |
Коллектив исследователей из ФИАН и МФТИ разрабатывает подход, который в перспективе позволит без прямого контакта с полупроводником вылечивать в нем некоторые типы дефектов. Ученые демонстрируют возможность «выгонять» дефект из полупроводниковой структуры с помощью лазерного гиперзвука, а движение дефекта детектируют по тонким изменениям в структуре пространственного свечения кристалла. Исследование поможет в разработке простой и доступной технологии улучшения качества полупроводниковых гетероструктур. Работа опубликована в журнале Journal of Applied Physics.
Гиперзвуковые волны распространяющиеся вдоль среза (111) монокристалла теллурида кадмия. Пятно в центре рисунка – область начального возбуждения волны.
Современная физика полупроводниковых гетероструктур изучает сложные многослойные объекты с хитрым строением. Например, структуры с множественными квантовыми ямами для изготовления лазеров или фотодетекторов. В таких структурах могут быть дефекты-вредители – дислокации: атомные цепочки или даже целые плоскости атомов, которые стоят не на своем месте. «Нарушители порядка» появляются в процессе производства кристаллов из-за неоднородности подложки, на которой выращивают структуру, случайного загрязнения или недостаточно точного контроля определенных технологических параметров.
Даже на современном уровне развития полупроводниковых технологий невозможно идеально контролировать процесс производства на атомном уровне. Например, в крупноформатной фоточувствительной матрице, в которой по сложной технологии изготавливаются много разных гетероструктурных пикселей, 100 % пикселей не получаются «здоровыми». Дефекты-вредители могут приводить к непредсказуемым изменениям свойств материала. Это приводит к появлению неправильно работающих, «больных» пикселей. Соответственно, нужен метод воздействия на данные пиксели чтобы, по возможности, уменьшить их количество.
Ранее в литературе был описан механизм воздействия на один из распространенных типов линейных дефектов с помощью пучка высокоэнергетичных электронов: в просвечивающем электронном микроскопе можно обнаружить дислокацию, затем с помощью сфокусированного пучка электронов сместить эту дислокацию или изменить ее внутреннюю структуру. При определенных условиях удавалась полностью устранить структурный дефект. Идея исследователей из ФИАН и МФТИ состояла в том, чтобы реализовать похожую технику, но в более простой, полностью оптической установке.
В качестве метода воздействия выбрали сфокусированный лазерный импульс длиной в сотни пикосекунд. Этот импульс поглощается в приповерхностных слоях кристалла и нарушает покой электронно-дырочной системы, основных «жителей» полупроводника. Чтобы успокоиться, система сбрасывает энергию в виде фононов – квантов колебаний кристаллической решетки. При правильном механизме возбуждения, наряду с квазитепловыми фононами, образуется гиперзвуковая деформационная волна, или, по-другому, импульс когерентных фононов гигагерцовых или субтерагерцовых частот. Эта волна, как считают авторы, приводит к скольжению дефекта и теоретически может позволить «выгонять» дислокации из кристалла.
Остается только проверить, что дефект-вредитель перебрался в другое место. Оптическим микроскопом напрямую дислокацию не увидеть, она слишком мала. Но можно подключить к решению задачи косвенный метод – микрофотолюминесценцию при низкой температуре. Электрон-дырочные пары цепляются за дефекты в кристалле и, если температура достаточно низкая, формируют яркие точечные излучатели. А при движении дефекта по кристаллу картина высвечивания будет изменяться, и таким образом можно уловить движение дислокации.
«У нас есть инструмент, который запускает волну гиперзвука, которая, в свою очередь, стимулирует движение дислокации, и инструмент, который позволяет увидеть ее движение. На примере распространенного модельного полупроводника мы показали, что можно подобрать параметры инструментов и заставить дефект двигаться, – комментирует Владимир Кривобок, руководитель Отдела твердотельной ИК фотоники Физического института им. П. Н. Лебедева РАН. – Метод можно обобщить на другие полупроводниковые материалы и пробовать создать технологию».
Как и многие интересные научные результаты, этот был получен побочно, в процессе исследования сложных полупроводниковых гетероструктур. Натолкнуться на идею позволило наличие у ученых двух установок: гиперзвукового микроскопа и установки для измерения микрофотолюминесценции при низких температурах. Гиперзвуковой микроскоп позволяет создать импульс, который выгоняет дислокацию из кристаллической структуры полупроводника, а микрофотолюминесценция помогает проверить, что «терапия» сработала.
Полученные результаты станут основой для разработки полностью оптической технологии локальной лазерной обработки протяженных дефектов в полупроводниках.
Исследование выполнено при поддержке Федеральной программы академического лидерства «Приоритет 2030».
Источник: ФИАН.
| 18.01.24 | 18.01.2024 РИА Новости. Ученый прокомментировал обнаружение новой "самой старой" черной дыры |
Черная дыра
МОСКВА, 18 янв — РИА Новости. Обнаруженная недавно самая старая черная дыра не перевернет научные представления о таких объектах, но сможет подтвердить одну из многочисленных моделей их возникновения, рассказал РИА Новости старший научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН) Сергей Пилипенко.
Об обнаружении самой старой черной дыры заявил накануне Кембриджский университет. Сделать это помог американский телескоп "Джеймс Уэбб". По информации ученых, черная дыра возникла более 13 миллиардов лет назад, она на 40 миллионов лет старше предыдущей рекордсменки, об обнаружении которой объявляли в ноябре. По словам специалистов, массивность черной дыры ставит под вопрос существующие предположения о формировании и росте этих объектов.
"Есть разные модели. Некоторые из них дают и очень раннее образование черных дыр. Кроме того, есть модели, в которых черные дыры вообще могли образоваться на стадии так называемой горячей вселенной, то есть когда Большой взрыв только-только произошел и еще газ ионизованный, температура в сотни тысяч градусов, и при определенных начальных условиях в космологии могут родиться черные дыры. Тогда они будут гораздо старше, чем любые звезды и галактики, то есть, по сути, ровесники Вселенной", — сказал Пилипенко.
Он добавил, что моделей образования черных дыр много и ученые точно не знают, как возникали самые старые из них. Условия в ту эпоху отличались от современных, тяжелых элементов еще не было, существовали в основном только водород и гелий.
Кроме того, определить возраст черной дыры довольно сложно, отметил ученый. В случае с телескопом "Джеймс Уэбб" это удается за счет того, что аппарат наблюдает черные дыры на очень больших расстояниях.
"А раз расстояние большое, то свет от черной дыры до нас шел очень долго, а значит, мы можем посчитать возраст, когда черная дыра, не сама она, а ее окрестности излучили тот свет, который "Джеймс Уэбб" сейчас видит. Вот это называют возрастом черной дыры, то есть то расстояние, на котором она находится", — пояснил собеседник агентства.
Разницу в 40 миллионов лет между возрастом недавно обнаруженной черной дыры и той, что считалась самой старой раньше, он назвал небольшой по меркам Вселенной. Но в ту эпоху, когда появились эти черные дыры, сама Вселенная существовала лишь несколько сотен миллионов лет. На этом фоне такая разница будет довольно значительной и достаточной для того, чтобы подтвердить некоторые модели образования черных дыр, заключил ученый.
