ВКР: Теоретическое исследование золотых и смешанных Au-Co наноконтактов и нанопроводов

Введение.
Бурное развитие электроники, приводящее к постоянной миниатюризации элементов интегральных микросхем, ставит перед физиками новые задачи. В частности, появляется необходимость создания проводников сверхмалых токов, а также наноструктур с необычными магнитными и электронными свойствами. Подобными свойствами обладают одномерные металлические наноструктуры, такие как наноконтакты1 между двумя электродами. Таким образом, получение металлических наноконтактов с контролируемыми свойствами является на сегодняшний день одной из интереснейших и весьма актуальных задач. Если наноконтакт магнитный, то через него возможно протекание спинполяризованного тока, такие контакты могут рассматриваться в качестве спиновых фильтров, поскольку могут пропускать электроны преимущественно одной спиновой поляризации. Интерес к этим наноструктурам объясняется возможностью применения наноконтактов в устройствах спинтроники. Спинтроника (spintronics) — это область квантовой электроники, в которой для физического представления информации наряду с зарядом используется спин частиц. Следует особо подчеркнуть, что проводимость наноконтактов носит квантовый характер, так как ток в этих структурах может переноситься одним лишь электроном (баллистический транспорт). Поэтому проводимость наноконтактов в значительной степени зависит от свойств их атомной и электронной структуры, а также от их химического состава . Несмотря на то, что впервые металлические наноконтакты были получены в 1998 году, только 2002 году была впервые установлена взаимосвязь между магнитными свойствами и проводимостью наноконтактов [1 ] , получившая название баллистического магнетосопротивления. Особый интерес исследователей связан с изучением одномерных структур d элементов, поскольку они могут обладать уникальными физическими и химическими свойствами. Изучение свойств металлических наноконтактов и нанопроводов основывается на детальном анализе межатомного взаимодействия и его изменения в зависимости от различных факторов. Оценка проводится с помощью первопринципных методов расчета атомной и электронной структуры. Самосогласованные расчеты из первых принципов являются очень сильным и точным инструментом в решении задачи определения физикохимических свойств материалов и структур (одиночные атомы, кластеры, пленки, сплавы и др.). Главное достоинство теоретических методов исследования на основе первопринципных
расчетов заключается в использовании фундаментальных знаний, выраженных в строгой математической формулировке без использования различных подгоночных переменных и параметров. По этой причине результаты таких исследований обеспечивают прочную основу для развития и разработки новых феноменологических концепций. На сегодняшний день хорошо известно, что у ряда материалов, не обладающих магнитными свойствами в кристаллическом массиве, возникают магнитные свойства в структурах низкой размерности (кластеры, монослои, поверхности, провода контакты) [2,3,4]. При этом особо надо подчеркнуть, что квантовый транспорт через наноконтакты очень сильно зависит и от атомной структуры наноконтакта, и от его геометрии и от наличия в нѐм примесных атомов и молекул лѐгких газов, также на квантовый ток через наноконтакт может влиять атомный состав наноконтакта или провода. Настоящая работа посвящена изучению квантовых свойств золотых нанопроводов и наноконтактов, а так же смешанных нанопроводов (Au-Co), которые в значительной степени зависят от свойств их атомной и электронной структуры, наличии примесей, а также от их химического состава.
Структура диплома: Глава I содержит обзор литературы, посвященной современным достижениям в создании металлических наноконтактов и исследовании их свойств. В Главе II представлен метод расчета атомной и электронной структуры наноконтактов. В Главе III рассматриваются структурные свойства и квантовые эффекты в наноконтактах. В заключении сформулированы основные результаты и выводы.

1. Экспериментальное и теоретическое исследование свойств наноконтактов (обзор литературы)
1.1. Способы формирования наноконтактов.
На данный момент существует большое количество различных экспериментальных методов получения наноконтактов и нанопроводов . Все эти методы можно разделить на две основные группы: к первой группе относятся методы самоорганизации наноструктур. При их использовании конечная конфигурация провода или наноконтакта определяется исключительно энергетическими характеристиками взаимодействия между атомами в системе при заданных внешних условиях. Ко второй группе методов можно отнести методы наноформирования , в которых формирование наноструктур происходит по средством манипулирования отдельными атомами. При использовании методов наноформирования возможно контролировать атомное строение и геометрию получаемых наноструктур. Однако, их использование требует дополнительного детального анализа стабильности получаемых наноструктур при изменении внешних условий, исследования их устойчивости к упругим деформациям напряжения. К методам самоорганизации можно отнести метод формирования наноконтактов и нанопроводов с помощью сканирующей туннельной микроскопии (СТМ).[5,6,7]. При помощи СТМ проводятся исследования проводящих свойств наноструктур. В процессе СТМ исследований между электродами (зондом СТМ и изучаемой поверхностью образца) спонтанно формируются наноконтакты, непосредственно в месте соприкосновения СТМ зонда с поверхностью. На рисунке (Рис.1) схематично представлен процесс формирования контактов между зондом СТМ и изучаемой поверхностью. Образование контактов может привести к возникновению туннельного электронного транспорта. Первое упоминание в статьях о получении и изучении свойств наноконтактов при помощи СТМ принадлежит Гимзевски и Мюллеру [8]. Сегодня многие экспериментальные работы посвящены СТМ исследованию процессов образования, изучению свойств электронной и атомной структуры. Однако метод СТМ дает возможность изучать свойства проводимости наноконтактов, но не дает представления об их атомной структуре. Поэтому для исследования геометрии наноконтактов, полученных с помощью СТМ, используется