NANOSİSTEMLƏRİN KVANT MEXANİKASI

1. NANOSİSTEMLƏRİN KVANT MEXANİKASI Prof. İsmayılov T. H. Bərk cisimlər fizikası kafedrası

2. NANOTƏDQİQAT SAHƏLƏRİ

3. Xarakterik ölçülər

4. POTENSİAL SAHƏDƏ HƏRƏKƏT Potensial çəpər – müxtəlif və ya eyni potensial enerjili digər iki fəza oblastını bir-birindən ayıran oblast. « Hündürlüyü », yəni, çəpəri dəf etmək üçün klassik zərrəciyə lazım olan enerji ilə səciyyələnir. Əgər zərrəcik kvant qanunlarına tabedirsə, enerjisi potensial çəpərin «hündür-lüyündən» kiçik olsa belə, onun potensial çəpəri dəfetmə ehtimalı var (Tunel effekti),

5. Kvant mexanikası Atomun Bor modeli (1913) Stasionr hallar Nils Bor

6. Elektron keçidləri

7. Kvant mexanikası

8. Ölçü Kvantlanması(Size Quantization) • Frohlich (1937), • I.M Lifshitz (1951, 1952), • R.Kubo (1962), • V.B. Sandomirskii (1962).

9. Zərrəcyin kristalda hərəkəti

10. Bərk cisimlərin zona quruluşu

11. Ölçü Kvantlanması d – lokallaşma oblastı

12. а b En E E4 E3 E2 E1 0 z L 0 Kvant təbəqəsi

13. Kvant ölçü effektlərini müşahidə etmək üçünzəruri şərtlər • Nanoölçülü strukturlar • Kifayət qədər aşağı temperaturlar • Yüksək yürüklüyə malik yükdaşıyıcılar • Kiçik effektiv kütlələr (yarımkeçirici əsaslıstrukturlarda) • Yükdaşıyıcıların konsentrasiyasının çox da böyük olmaması

14. Ikiölçülü elektron qazı

15. DOS in Low-Dimensional Electron Systems

16. Spherical Quantum Dot

17. AŞAĞIÖLÇÜLÜ ELEKTRON SİSTEMLƏRİ

18. AŞAĞIÖLÇÜLÜ ELEKTRON SİSTEMLƏRİ

19. Kvant nöqtələrinin həndəsimodelləri

20. Limit ölçüləri, enerji sərfi, istilik ayrılması Potensial quyunun minimal ölçüsü zərrəciyin ən kiçik mümkün lokallaşma ölçüsü ilə təyin olunur.Bunu kristalın perioduna görə qiymətləndirmək olar.Müasir sistemlərdə bir bit informasiyaya 100 - dən çox zərrəcik düşdüyündən, bir bit informasiyaya uyğun maksimal ölçü 4-5 qəfəs sabiti qədərdir. Potensial quyunun minimal dərinliyi zərrəciyin quyudan çıxmasına kifayət etməyən orta həyəcanlaşma enerjisi((3/2 kT) ilə müəyyən olunur.Məhz bu da minimal enerji sərfini (~10-17-10-18 Дж) və bir bit informasiyanın yazılması zaman ayrılan istiliyi təyin edir.

21. Aşağıölçülü sistemlərin alınması.Molekulyar-Şüa epitaksiyası(MŞE)

22. Ə s a s i d e y a • Kristal ölçülərinin məhdudlaşdırılması onun elektrik, optik və maqnit xassələrini köklü surətdə dəyişir. • Elektrik,optik və maqnit xassələri təkcə materialın özəlliyi ilə deyil, eyni zamanda onun ölçüləri və həndəsi forması ilə də müəyyən olunur

23. “Band gap engineering” • Kvant quyusunun parametrlərini(enini,hündürlüyünü,və formasını)dəyişməklə,ölçü səviyyələrinin vəziyyətlərini məqsədyönlü şəkildə dəyişmək olar. • Bir neçə kvant quyusu olan halda bu quyular arasındakı məsafələridəyişməklə, ilkin materiala xas olmayan effektlər almaq mümkündür.

24. Nanocihazlar fizikası • İfratqəfəslər •  Kvant quyuları •  Heterokeçid əsaslı lazerlər • Kvant kaskad lazerlər. • Kvant quyu əsaslı detektorlar • Foton kristalları • Kvant-Holl effekti • Təkelektronika • Spintronika • Superparamaqnetizm • Yaddaş qurğuları

25. -e -e E L E K T R O N • An electron has a charge (- e) and a spin (½) • (spin) + (charge) • Electronic industries have made good use of the charge • But the electron spin has essentially been neglected

26. Bitlər və kubitlər Kubit (quantum bit) – kvant kompyüterində informasiyanın saxlanılmasının ən kiçik elementidir. Bit kimi kubitin də iki məxsusi halı var.Lakin bununla bərabər, bu halların superpozisiyası da fərqli bir hal deməkdir. .

27. Kvant mexanikası və superpozisiya prinsipi • Kvant mexanikasının əsasında – Şredinger tənliyi durur.Bu tənlik kvant sisteminin dalğa funksiyasının təkamülünü təsvir edir: Hamilton operatoru xətti olduğu üçün

28. SPIN TRANZISTORU

29. TranzIstors :Datta and Das (1990 )

30. Spin tranzistorunun iş prinsipi

31. Birelektronlu tranzistor

32. Mur qanunu 1965 - QordonMur, məruzə: «İnteqral elektronikanın gələcəyi», Çipdəki komponentlərin sayı (və onların minimal qiyməti) ilə zamanı əlaqələndirən qrafik (5 nöqtə, 1959–1964-cü illər), Mur qanunu (1975) Mur qanunu: «Çipdəki komponentlərin sayı hər il təxminən iki dəfə artır» Bu proqnoz sonrakı on ildə(1975-1985) özünü doğrultdu (!!!).

33. Eksonensial inkişaf və Mur qanunu Mürəkkəbmikrosxemlərin texnoloji normaları. Onların qiymətləri düşür - düzdür, hər növbəti mərhələdə ikidəfə yox, təxminən 1,5 dəfə.

34. V x=0 x=L • Quantum confinement  discrete states • Energy levels from solutions to Schrodinger Equation • Schrodinger equation: • For 1D infinite potential well • If confinement in only 1D (x), in the other 2 directions energy continuum

35. Квантовый компьютер Квантовый компьютер - вычислительное устройство,которое работает на основеквантовой механики и принципиально отличается от классических компьютеров. Для вычислений квантовый компьютер использует необычные (классические) алгоритмы, а квантовыеалгоритмы, реализуемые в процессах квантовой природы.За счет этого используются квантовый параллелизм иквантовая запутанность Ричард Фейнман Схема квантового компьютера

36. Bitlər və kubitlər Кубиты могут быть связаны друг с другом,т.е. на нихможет быть наложена ненаблюдаемая связь,выражающаяся в том, что при всяком измерении над одним из нескольких кубитов, остальные меняютсясогласованно с ним. Таким образом, совокупностьперепутанных между собой кубитов может интерпретироваться как заполненный квантовыйрегистр Как и отдельный кубит, квантовый регистр гораздоболееинформативен. Он может находиться не тольково всевозможных комбинациях составляющих егобитов, но и реализовывать всевозможные тонкие зависимости между ними. Трехкубитная запутанность

37. Реализация 2011 - информация о создании канадскойфирмой D-Wave первого в историикоммерческого квантового компьютера«D-Wave One».Этот компьютер со 128 кубитной архитектурой был продан американскойвоенной компании Lockheed Martin за 10миллионов долларов Джозефсоновский контакт с двумядиэлектрическими зазорами (слева) ивероятность изменения направлениятока в зависимости от величинывнешнего магнитного потока (справа)