Элементарные основы нанотехнологий Латухина Н.В. Фуллерены Сверхрешетки Нанокомпьютер Нейрочип ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 1

Что такое нано??? «Нано» (греч. a4 – карлик, гном. 1 нм = 0, м ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 2

Физические основы нанотехнологий Уникальные свойства наноматериалов определяются квантово-размерными эффектами. Начиная с некоторого размера, на свойствах вещества начинают сказываться квантовые эффекты. Проявление этих эффектов зависит от размеров системы. С уменьшением размеров нанокристаллов Si спектр их люминесценции сдвигается в коротковолновую область Образцы наноструктурированного кремния Кремний ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 3

Определения нанотехнологии ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 4

Масштабы наномира ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 5

Важнейшие причины «нанобума» Свойства наночастиц зависят от их размера. Появляется возможность управлять свойствами материала, создавать новые материалы, изменяя размеры и форму составляющих частиц К 2010 г. фирмой Интел освоено производство транзисторов размером 46 нм. Это фундаментальный предел, за которым в полной мере начинают проявляться квантовые эффекты элементов на одном чипе! 6 ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014

Корпускулярно-волновой дуализм света Доказательства волновой природы: Интерференция Дифракция Поляризация Дисперсия Доказательства корпускулярной природы: Линейчатые спектры излучения и поглощения Фотоэффект – ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 7

Интерференция и дифракция волн ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 8

Световые кванты: Е = hν ! Эмпирическая формула Ридберга Постоянная Ридберга R = 3, с -1 Гипотеза М. Планка: Тела излучают энергию света порциями - квантами. Энергия каждой порции строго определена и вычисляется по формуле: Е = hν, где h = 6, Дж с – квант действия или постоянная Планка «… кроме атомистической структуры материи существует своего рода атомистическая структура энергии, управляемая универсальной постоянной h, введённой Планком. Это открытие стало основой всех исследований в физике ХХ века и с тех пор почти полностью обусловило её развитие…» А. Эйнштейн Спектры атомарного водорода Спектр излучения Спектр поглощения ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/2014 9

Фотоэффект Законы фготоэффекта 1. Чем больше интенсивность падающего света, тем больше ток насыщения I н. 2. Запирающее напряжение U з, определяемое максимальной кинетической энергией max W к электронов, не зависит от силы света, но зависит от его цвета (частоты ). 3. Есть «красная граница» фотоэффекта: предельная частота излучения, ниже которой фотоэффект не происходит. Излучение падает на катод и выбивает из него электроны, которые под действием электрического поля летят к аноду, образуя ток в цепи (фототок). Ток насыщения I н – максимальное значение фототока. Запирающее напряжение U з – значение отрицательного анодного напряжения, при котором фототок прекращается. еU з = max W к = m v 2 /2, где е – заряд электрона, max W к – его кинетическая энергия, m – масса электрона, v – его скорость ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/

Квантовая теория фотоэффекта А.Эйнштейн. Нобелевская премия 1921 г. А.Эйнштейн, 1879–1955 Уравнение фотоэффекта: Энергия одного кванта света hν расходуется на совершение работы по выходу электрона из металла А вых, оставшаяся часть энергии кванта определяет кинетическую энергию вышедшего электрона W к = m v 2 /2. Чем больше квантов в потоке света, тем выше его интенсивность тем больше электронов выбивается из металла (первый закон Столетова). Чем выше частота излучения, тем больше энергия одного кванта тем больше кинетическая энергия вышедшего электрона (второй закон Столетова). Если частота излучения низка настолько, что энергия одного кванта h ν меньше работы выхода А вых, электрон не может выйти из металла фотоэффекта не происходит (третий закон Столетова, «красная граница фотоэффекта»). Минимальное значение частоты определяется из условия илиоткуда ИД «Первое сентября». Журнал «Физика» 2/