А существует ли гигантское пьезосопротивление у кремниевых нанопроводов?
 Изображение кремниевого микропровода, полученное методикой сканирующей туннельной микроскопии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Эффект пъезосопротивления – это способность материала менять свое электрическое сопротивление при механическом воздействии (сжатии или растяжении). Эффект свойственен многим материалам. Всего несколько лет назад в научном мире появилось сообщение о том, что подобным эффектом, но в чрезвычайно большой степени, обладают кремниевые нанопровода. Сообщение опубликовали ученые из США.
Так называемый гигантский эффект пьезосопротивления наблюдается, когда материал чрезвычайно сильно меняет свое сопротивление при сохранении того же уровня механического воздействия. Обнаруженный эффект был, фактически, новым, ранее не изведанным фактором во вроде бы хорошо изученном материале. Поскольку для макро-фрагментов кремния подобное явление не свойственно, был сделан вывод о том, что гигантское пъезосопротивление проявляется за счет уменьшения размеров образца, соответственно, за счет изменения поверхностных состояний.
Сделанное американскими учеными открытие могло бы существенно улучшить наноустройства будущего (такие как нанотранзисторы), кроме того, позволило бы делать миниатюрные датчики. Гигантский эффект пьезосопротивления позволил бы легко обнаруживать движение в наномеханических системах, ведь на подобных масштабах традиционные датчики теряют свою работоспособность. Кроме того, механическое напряжение можно было бы использовать для формирования нужных свойств у наноустройств (данное направление развития носит название «инженерия механических напряжений»).
Однако совместная работа ученых из Ecole Polytechnique (Франция) и University of Geneva (Швейцария) поставила под сомнение сделанное тогда заявление. Работа, поясняющая возникшие вопросы, опубликована в журнале Physical Review Letters.
Пьезосопротивление – достаточно известное и изученное явление. В качестве меры этого эффекта принято изменение сопротивления на единицу напряжения. Для кремния это значение обычно не превышает 100. Гигантский эффект пъезосопротивления, по словам сообщивших о нем американских ученых, превышал тысячи (их измерения дали уровень 6000). В новой работе, посвященной этой теме, европейские ученые предполагают, что полученный тогда результат был артефактом, не имеющим никакого отношения к пьезоэлектрическим явлениям. Исследователи сделали предположение о том, что действительно измененные поверхностные состояния просто захватили в «ловушку» электрический заряд, пропущенный через образец для вычисления его сопротивления. Иными словами, это было косвенное изменение сопротивления, не являющееся следствием эффекта пьезосопротивления.
Обычно пьезосопротивление измеряется при помощи стандартной техники оценки сопротивления при различных уровнях механического воздействия. Проблема состоит в том, что любой «паразитный» дрейф электрических зарядов не может быть отделен от полученного в результате измерений сигнала. Группа ученых из Франции и Швейцарии утверждает, что смогла преодолеть эту проблему при помощи стандартной для физики техники получения сигналов без артефактов, в данном случае выразившейся в осциллирующем механическом напряжении (т.е. механическое напряжение на образец менялось как функция времени).
На основании своих измерений группа европейских ученых сделала вывод об отсутствии эффекта гигантского пьезосопротивления в нанопроводах кремния. Однако дискуссия по этому вопросу продолжается.
Также по теме:
Источники: