отзыв оппонента Лукичева_бп (Теоретическое исследование электронного транспорта в молекулярном одноэлектронном транзисторе)

ОТЗЫВ

официального оппонента на диссертационную работу Герасимова Ярослава Сергеевича «Теоретическое исследование электронного транспорта в молекулярном одноэлектронном транзисторе», представленную на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по специальностям 01.04.04 – физическая электроника и 01.04.07 – физика конденсированного состояния.

Диссертационная работа Я.С. Герасимова посвящена теоретическому исследованию транспортных характеристик одноэлектронных нанотранзисторов на основе эффекта коррелированного туннелирования электронов между электродами и квантовой точкой (молекулой или наночастицей) с размером менее 5 нм, отделенной от электродов диэлектрической прослойкой толщиной 1–2 нм.

По прогнозам развития современной электроники (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS) к 2020 году планируется производство интегральных схем по технологии менее 10 нм. Это означает, что после этой даты необходимо использовать новые материалы и новые идеи для создания приборов с размерами в единицы нанометров, т.е. фактически приблизиться к молекулярным масштабам. Одноэлектронные транзисторы с «каналом» в виде молекул или кластеров находятся в ряду наиболее перспективных. При разработке одноэлектронных элементов неизбежно возникает задача подбора оптимальных нано-объектов, являющихся их составной частью. Поэтому крайне актуальным представляется исследование энергетических параметров нано-объектов и изучение влияния дискретной структуры их энергетических спектров на вольт-амперные характеристики одноэлектронного транзистора, предпринятое автором в диссертационной работе.

Диссертация состоит из четырех глав и библиографии, включающей 150 наименований. Общий объем диссертации 172 страницы, включая 8 таблиц и 51 рисунок.

В первой главе автором кратко рассмотрено современное состояние исследований в электронике в целом, актуальность перехода к молекулярной электронике. Обсуждаются последние результаты по исследованию молекулярных одноэлектронных устройств, приведен обзор основных типов молекулярных одноэлектронных транзисторов. В завершении первой главы автор обосновывает необходимость изучения туннельного транспорта электронов в наноструктурах молекулярного масштаба с учетом одноэлектронных эффектов и эффектов квантования энергетического спектра электронов.

Вторая глава посвящена проблеме сопряжения молекулярных квантовых элементов с классическими металлическими и полупроводниковыми устройствами. Автором предложена методика определения эффективной взаимной электрической емкости для объектов наномасштаба, основанная на квантово-механическом расчете энергии их взаимодействия в приближении слабой связи в зависимости от их зарядов и расстояния между ними. Приведены результаты расчета взаимной емкости на основе предложенной методики для пар одинаковых молекул карборана C₂B₁₀H₁₂, фуллерена C₆₀ и платинового молекулярного кластера.

В третьей главе диссертационной работы исследованы закономерности и особенности спектров основных и возбужденных по спиновому числу энергетических состояний молекул при изменении их полного электрического заряда. Автором рассчитаны одночастичные электронные спектры молекул и найдены те уровни в области энергетической щели, которые определяют особенности электронного транспорта через молекулу в составе одноэлектронного транзистора. На основе рассчитанных энергетических спектров с помощью численного моделирования получены диаграммы стабильности туннельного тока для одноэлектронного транзистора на базе молекул карборана C₂B₁₀H₁₂ и фуллерена C₆₀.

Четвертая глава посвящена изучению одноэлектронных и физико-химических свойств конкретного типа нано-объектов – золотых наночастиц, окруженных лигандной оболочкой из органических молекул алкантиолов. Автором произведен квантово-механический расчет энергетических параметров золотых наночастиц с количеством атомов от 1 до 33, а также зависимость этих параметров от размера частиц. Теоретически исследовано влияние лигандов на энергетические и емкостные свойства золотых наночастиц. На основе сделанных расчетов и оценок автором сформулирована параметрическая модель определения значений полной энергии золотых наночастиц любых размеров, в том числе, для которых полномасштабный квантовый расчет (в контексте моделирования одноэлекронного транспорта) представляется мало возможным. В последнем разделе главы представлены результаты моделирования транспортных характеристик одноэлектронного молекулярного транзистора на основе золотых наночастиц. Проанализирован вклад возбужденных энергетических состояний в формирование туннельного тока через золотую частицу. В конце проведено сравнение расчетной диаграммы стабильности туннельного тока с экспериментально измеренной для одноэлектронного транзистора на основе золотой частицы с лигандами-тиолами общим размером 5.2 нм.

В Заключении работы приведены основные результаты диссертации.

Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением с экспериментальными данными, а также тем, что асимптотики квантово-механически рассчитанных параметров переходят в классические зависимости при росте размеров нанообъектов.

Основные результаты диссертационной работы Я.С. Герасимова являются новыми и научно обоснованными, опубликованы в 7 печатных и электронных работах, из них 2 статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК, 2 статьи, включенные в систему цитирования Web Of Knowledge, и 3 тезисов докладов международных конференций. Автореферат полностью отражает содержание диссертации.

Замечания по содержанию диссертации:

1) Не было изучено влияние ориентации нанообъекта относительно электродов в нанозазоре на вид транспортных характеристик одноэлектронного транзистора в том случае, если форма нанообъекта существенно отличается от сферической.

2) При расчете туннельного транспорта в одноэлектронной системе не был изучен вопрос зависимости темпов туннелирования от энергии электронного уровня в спектре нанообъекта.

3) При описании электронного транспорта не учитывается влияние подложки и внешних электрических полей, а также туннельные процессы более высокого порядка.

Приведенные выше замечания не влияют на общую положительную оценку диссертации.

Диссертация представляет собой добротное и законченное научное исследование, обладает внутренним единством и отвечает критериям Положения ВАК о порядке присуждения учёных степеней, а ее автор, Герасимов Ярослав Сергеевич, несомненно, заслуживает присуждения ему учёной степени кандидата физико-математических наук по специальностям 01.04.04 – физическая электроника и 01.04.07 – физика конденсированного состояния.

Официальный оппонент:

Заместитель директора ФТИАН РАН

по научной работе,

д.ф.-м.н., член-корр. РАН В.Ф. Лукичев

Подпись В.Ф. Лукичева удостоверяю.

Ученый секретарь ФТИАН РАН,

к.т.н. В.А. Кальнов