Научная школа в области слаботочной сверхпроводимости и наноэлектроники
Основной областью научных исследований школы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов транспорта заряда в металлических и полупроводниковых наноструктурах, молекулярных структурах и разработка электронных устройств на их основе.
Теоретические работы сфокусированы на исследовании электронного транспорта в наноструктурах, содержащих сверхпроводящие, нормальные и ферромагнитные материалы. Интерес к проблемам электронного транспорта обусловлен существованием целого ряда интересных квантовых эффектов, которые не только наблюдаемы, но практически значимы.
В первую очередь, - это эффект Джозефсона, в соответствии с которым в системах, содержащих более двух сверхпроводящих электродов, возможно бездиссипативное протекание тока вне зависимости от типа проводимости материала, обеспечивающего связь между этими электродами.
В настоящее время предложено и экспериментально реализовано на практике большое число устройств на джозефсоновских переходах, которые обладают уникальными свойствами (быстрая одноквантовая (БОК) логика, джозефсоновские стандарты напряжения, сверхпроводящие квантовые интерферометры (СКВИДы) и устройства на их основе). Значительный прогресс, достигнутый в изготовлении и практической реализации этих устройств, был бы вряд ли возможен без существенного вклада в понимание фундаментальных физических процессов, имеющих место в джозефсоновских контактах, который был получен в результате цикла теоретических и экспериментальных работ, проведенных в Московском университете.
Уменьшение геометрических размеров джозефсоновских переходов приводит к возникновению нового класса квантовых мезоскопических эффектов, обязанных своим существованием квантованию электрического заряда. Новая область исследований этих явлений, родившаяся в стенах школы, получила название одноэлектроника.
Как самостоятельная область исследований, одноэлектроника окончательно сформировалась после разработки в 1985 г. теории коррелированного туннелирования Лихаревым, Авериным и Зориным в сверхпроводящих структурах и в 1986 г. Лихаревым и Авериным (так называемой "ортодоксальной" теории) в нормальных структурах. Эта теория незамедлительно нашла свое подтверждение в пионерских работах Фултона и Долана, а также Лихарева и Кузьмина, которые положили начало широкому экспериментальному исследованию одноэлектронных структур.
В результате разработки и демонстрации уникальных свойств одноэлектронных устройств интерес к ним возрастает с каждым годом в связи с перспективами их применения в электронике. Cовершенствуются уже существующие методы изготовления наноструктур, ведется поиск новых подходов и объектов для наноструктур. Стремление к уменьшению размеров привело к использованию молекулярных структур с характерным размером 1 нм для формирования одноэлектронных и других мезоскопических устройств, что позволило поднять их рабочую температуру до комнатной. Это новое направление исследований, так называемая "молекулярная электроника", занимает в настоящее время значительную часть сферы научных интересов школы.
Школа сложилась в Лаборатории Криоэлектроники (ЛКЭ), которая была создана в начале 1988 года на базе отраслевой лаборатории и научных групп, работавших под руководством д.ф.-м.н. Лихарева Константина Константиновича на физическом факультете МГУ (32 сотрудника) и в отделе микроэлектроники НИИЯФ МГУ (9 сотрудников). Благодаря выделению значительных средств по научным проектам в 1988-90 годах, лаборатория была оснащена уникальным отечественным и импортным технологическим оборудованием, позволяющим вести экспериментальные и теоретические исследования на самом высоком научном уровне. С 1991 года лабораторией криоэлектроники руководит профессор Снигирев Олег Васильевич. В 1999 году на базе группы, работающей в ОМЭ НИИЯФ МГУ, была создана лаборатория физики наноструктур, которую возглавил профессор Куприянов Михаил Юрьевич.
 Основоположником
научной школы в области слаботочной сверхпроводимости является основатель лаборатории
Криоэлектроники доктор физ.-мат. наук Константин Константинович Лихарев, в настоящее
время ведущий научный сотрудник НИИЯФ МГУ и Distinguished Professor of Physics,
Stony Brook State University of New York, USA, http://rsfq1.physics.sunysb.edu/~likharev/personal/index.html/.
В школу входит ряд авторитетных, широко известных ученых в области сверхпроводимости и мезоскопической физики. Это: Аверин Д.В., Васенко С.А., Девятов И.А., Зорин А.Б., Кидиярова-Шевченко А.Ю., Коротков А.Н., Крупенин В.А., Кузьмин Л.С. и др., работающие в МГУ и других университетах мира.
Направления теоретических и экспериментальных исследований, ведущихся в данной научной школе отражены на сайте лаборатории Криоэлектроники: http://cryolab.phys.msu.ru
Отметим здесь только, что важнейшим направлением исследований являются начатые в МГУ в 1990 г. в содружестве с ИОНХ работы по изучению молекулярных одноэлектронных структур. Эти работы привели к тому, что в 1996 году впервые в мире в содружестве с лабораторией химии полиядерных и кластерных соединений ИОНХ РАН, руководимой профессором С.П.Губиным, и с группой Г.Б. Хомутова с кафедры биофизики физфака МГУ был получен лабораторный прототип одноэлектронного транзистора на основе одиночной молекулы-кластера, а также продемонстрированы эффекты коррелированного туннелирования электронов в таких структурах при комнатной температуре.
В 1987-88 гг. в лаборатории криоэлектроники были выполнены пионерские работы в области разработки устройств быстрой одноквантовой логики. За прошедшие с тех пор 15 лет были убедительно продемонстрированы преимущества этого направления, спроектированы устройства цифровой обработки информации как на обычных, так и на высокотемпературных сверхпроводниках.
В 1988 - 2004 годах был проведен цикл исследований в области теории эффекта Джозефсона в структурах с низко (Nb, NbN) средне (MgB2) и высокотемпературными (YBCO) сверхпроводниками, содержащими нормальные, полупроводниковые и ферромагнитные материалы. Эти работы составляют фундамент современной слаботочной криоэлектроники. Их суммарный индекс цитирования превышает 1500.
В лаборатории разработан уникальный прибор - сканирующий сквид-микроскоп, обладающий высокой чувствительностью и пространственным разрешением магнитных сигналов. Разработан уникальный программный комплекс PSCAN (Personal Superconductor Circuit Analyzer) для численного моделирования динамики многоэлементных джозефсоновских структур, в том числе, в присутствие тепловых флуктуаций, а также вычисления различных характеристик, включая спектр джозефсоновской генерации.
Кроме этого, для описания специфики одноэлектронных процессов в молекулярных системах с учетом дискретности их энергетического спектра впервые разработана теоретическая модель туннельного транспорта в таких молекулярных системах и на ее основе разработан программный комплекс для численного моделирования динамики таких молекулярных одноэлектронных транзисторов, а также более сложных многоэлементных устройств на их основе.
В России школа МГУ имеет обширные научные связи с институтами РАН - ИРЭ, ИЗМИРАН, ИОНХ, ФИАН, ИФТТ, ИТФ, Научными центрами в г. Зеленоград и Нижний Новгород.
Лаборатория криоэлектроники осуществляет также тесные научные контакты и сотрудничество со многими ведущими научными центрами США, Японии и Европы. В настоящее время лаборатория участвует в выполнении целого ряда международных и Российских проектов. Традиционным для данной научной школы является привлечение студентов и аспирантов к выполнению этих проектов, дающее им возможность приобщиться к серьезной научной работе.
Заведующий лабораторией криоэлектроники
профессор О.В. Снигирев.
Заведующий лабораторией физики наноструктур
профессор М.Ю. Куприянов
| 
Виртуальный тур и фильмы о факультете
Вестник МГУ. Серия 3.
связаться с нами