Şelli Liçman, Kaliforniya Universiteti – Santa Barbara tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: Umberto / Unsplash

Kaliforniya Universitetinin Santa Barbara Materiallar Departamentinin tədqiqatçıları enerjili elektronların mikroelektron cihazların içərisindəki kimyəvi əlaqələri qırdığı anlaşılmaz kvant mexanizmini aşkar ediblər – bu, zamanla performansı yavaş-yavaş pisləşdirən zərərli bir prosesdir. ” Physical Review B” jurnalında Redaktorların Təklifi kimi dərc olunan bu kəşf onilliklər boyu davam edən eksperimental tapmacaları izah edir və alimləri daha etibarlı cihazlar yaratmağa yaxınlaşdırıb.

İsti elektronlar çiplərə necə zərər verir

Müasir elektronika — smartfonlardan və noutbuklardan günəş batareyalarına və tibbi implantlara qədər — uzun illər yarımkeçirici materiallarının sabit və etibarlı olmasından asılıdır. Lakin hətta ən qabaqcıl cihazlar belə tədricən aşınmaya məruz qalır və bu da nəticədə onların fəaliyyətini məhdudlaşdırır. Əsas günahkar elektrik enerjisi ilə işləyən elektronların cihazın dərinliyində kimyəvi dəyişikliklərə səbəb olan “isti daşıyıcının deqradasiyası” fenomenidir. İndiyə qədər bu prosesin arxasında duran dəqiq fiziki mexanizmlər məlum deyildi və mühəndislərin bu fenomeni yatırmaq qabiliyyətini məhdudlaşdırırdı.

Professor Kris Van de Uollenin Hesablama Materialları Qrupu rabitənin qırılmasını tetikleyen kvant mexanizmini aşkar edib. Komanda hər bir tranzistorun mərkəzindəki silikon-oksid interfeysinin yaxınlığında mövcud olan silikon-hidrogen rabitələrinə diqqət yetirib. Hidrogen istehsal zamanı hər hansı qırılmış silikon rabitəsini passivləşdirmək, yəni qırılmış rabitələrin performansı aşağı salan elektrik cəhətdən aktiv qüsurlar kimi çıxış etməsinin qarşısını almaq üçün qəsdən daxil edilir. Lakin, tranzistordan axan elektronlara daim məruz qaldıqda, hidrogen bəzən ayrılır, qırılmış silikon rabitələrini yenidən ortaya çıxarır və cihazın performansını pisləşdirir.Hidrogen-silikon rabitəsinin pozulmasına səbəb olan və performansı aşağı salan tək bir “isti elektron”u təsvir edən konsepsiya illüstrasiyası. Müəllif: Woncheol Lee

Sahədə qəbul edilən müdriklik, bu rabitənin qırılmasının bir çox elektronun rabitəyə dəyməsinin kümülatif nəticəsi olması idi. Van de Vallenin komandası prosesin əslində tək bir elektron tərəfindən tetiklendiyini nümayiş etdirmək üçün qabaqcıl kvant simulyasiyalarından istifadə etdi . Onlar mexanizmdə əsas rol oynayan əvvəllər gizli bir elektron vəziyyətini müəyyən etdilər: Yüksək enerjili bir elektron qısa müddətə bu vəziyyəti tutduqda, silisium-hidrogen rabitəsini zəiflədir və hidrogen atomunu mövqeyindən itələyir.

İkinci bir irəliləyişdə, komanda hidrogenin rabitədən ayrılarkən klassik qanunlara deyil, kvant-mexaniki qanunlara əməl etdiyini ortaya qoydu. Əgər hidrogen klassik bir hissəcik kimi davransaydı, silikon və hidrogen atomları arasındakı məsafəyə əsaslanaraq rabitənin qırılması üçün sadə bir meyar təyin edə bilərdik. Lakin hidrogen klassik bir hissəcik deyil; daha çox bulud və ya dalğa paketi kimi davranır. Rabitənin qırılması daha sonra hidrogen dalğa paketinin müəyyən bir məsafədən kənara çıxma ehtimalı ilə müəyyən edilir.

Uzun müddətdir mövcud olan eksperimental tapmacaların həlli

Yeni kəşf edilmiş mexanizm, illərdir alimləri çaşdıran çoxsaylı eksperimental müşahidələri izah edir. Məsələn, elektron enerjisi təxminən yeddi elektron-volt olduqda rabitənin qırılmasının niyə ən zərərli olduğu aydın deyildi; yeni nəticələr göstərir ki, bu dəyər əvvəllər müəyyən edilməmiş elektron vəziyyətinin enerjisinə uyğundur.

Eksperimentalistlər həmçinin deuteriumun hidrogenin əvəzedicisi kimi istifadə edildiyi zaman prosesin temperaturdan asılı olmadığını və əhəmiyyətli dərəcədə yavaş (yüz dəfə) olduğunu müşahidə etmişdilər. Deuterium elektron olaraq hidrogenlə eyni, lakin iki dəfə ağır olan bir izotopdur. Yeni kvant modeli bütün bu təsirləri izah edir və əsas fizikanın nəhayət aydınlaşdırıldığını təsdiqləyir.

Van de Walle laboratoriyasının postdoktorluq tədqiqatçısı və tədqiqatın ilk müəllifi Vonçeol Li bildirib ki, “Nəticələrimiz göstərir ki, elektronlar və nüvələr arasındakı qarşılıqlı təsir yüksək dərəcədə qeyri-klassik rejimdə rabitənin pozulmasına səbəb olur. Bu proses istilikdən qaynaqlanan zərərin adi mənzərəsinə uyğun gəlmir; bu, indi təcrübəyə uyğunlaşdırmadan modelləşdirə biləcəyimiz qısamüddətli kvant hadisəsidir.”

Gələcək elektron materiallar üçün təsirlər

Bu irəliləyiş silikon texnologiyasından kənarda da aktuallığa malikdir. Elektronların yaratdığı rabitənin qırılması işıq yayan diodlar (LED) və güc elektronikası üçün istifadə olunan yarımkeçiricilər də daxil olmaqla bir çox materialda baş verir. Cihazların deqradasiyası hazırda ultrabənövşəyi LED-lər üçün böyük bir problemdir və mühəndislər bunu dezinfeksiya və suyun təmizlənməsi kimi vacib tətbiqlər üçün kommersiyalaşdırmağa ümid edirlər.

Van de Valle bildirib ki, “Hazırladığımız kvant çərçivəsi materialşünaslara ekstremal şəraitdə hansı kimyəvi rabitələrin qırılma ehtimalının ən yüksək olduğunu qiymətləndirmək üçün proqnozlaşdırıcı bir vasitə verir və beləliklə, daha uzunömürlü daha sabit materialların hazırlanmasına yol açır”.

Nəşr detalları

Vonçeol Li və digərləri, Bərk cisim sistemlərində rezonans halları və nüvə dinamikası: Silisium-hidrogen rabitəsinin dissosiasiyası halı, Fiziki İcmal B (2026). DOI: 10.1103/3ync-nxm8 . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2512.00634

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal B , arXiv  

Əsas anlayışlar

hidrogensilikonAtom və molekulyar quruluşYarımkeçiricilər

Kaliforniya Universiteti – Santa Barbara tərəfindən təmin edilir