Rezumat:

Proiectul este orientat spre soluţionarea a două probleme importante în fizica contemporană a sistemelor de dimensiuni mici: 1. influenţa spinului electronului asupra proprietăţilor cuantice în nanostructurile semimetalice şi semiconductoare; 2. majorarea eficienţei termoelectrice a materialului din contul efectului cuantic dimensional în nanostructuri pe baza semimetalelor. În nanoelectronică soluţionarea acestor probleme va contribui la elaborarea dispozitivelor spintronice pe baza semimetalelor şi crearea noilor convertoare termoelectrice miniaturizate, ce posedă eficienţă termoelectrică cu mult mai înaltă în comparaţie cu probele masive.

Deoarece Bi are lungimea de undă de Broglie destul de mare ≈60-70 nm, efectele cuantice dimensionale se pot manifesta la diametre ale probelor mult mai mari în comparaţie cu metalele şi de aceea efectele cuantice dimensionale vor fi observate la temperaturi mai ridicate, ceea ce este esenţial pentru utilizarea lor în scopuri aplicative.

Cercetările noastre anterioare ale rezistenţei magnetice în firele subţiri din Bi (d~λF=50 nm) au arătat existenţa fazei de spin Berry, care deplasează perioada oscilaţiilor Aaronov-Bohm, periodice în câmp magnetic direct, ceea ce demonstrează transportul de spin în nanofirele de Bi. Pentru observarea efectelor cuantice, în primul rând sunt necesare nanofire cu d<70 nm, monocristaline cu o înaltă perfecţiune structurală. De aceea, în obiectivele proiectului dat intră, mai înainte de toate, dezvoltarea tehnologiei de obţinere a nanofirelor monocristaline din Bi şi aliajele lui cu diametre d≤70 nm şi studiul transportului cuantic şi a proprietăţilor termoelectrice într-un diapazon larg de temperaturi şi câmpuri magnetice. Pentru obţinerea nanofirelor vor fi utilizate următoarele metode: 1. turnarea din faza lichidă şi alungirea repetată a nanofirelor în izolaţie de sticlă, 2. introducerea sub presiune înaltă şi 3. depunerea electro-chimică a materialului în porii matricei dielectrice de tipul Al2O3. Tehnologiile de recristalizare a nanofirelor în câmp magnetic puternic, precum şi recristalizarea cu ajutorul laserului vor fi utilizate pentru elaborarea metodelor de obţinere a firelor monocristaline cu orientarea axei C3 în lungul axei nanofirului, ce posedă eficienţă termoelectrică maximală şi condiţie univocă pentru cuantificarea spectrului energetic. În cadrul proiectului este propus un program experimental pentru studiul transportului de spin şi a proprietăţilor termoelectrice în nanofirele din Bi.

Metoda deformării elastice anizotrope a nanofirelor va fi utilizată pentru realizarea diferitor tipuri de tranziţii electronice topologice, inclusiv şi a tranziţiei în „stare fără fisură” în firele Bi1-xSbx ce duce la creşterea bruscă a mobilităţilor, rezistenţei magnetice „gigantice” şi la creşterea forţei termoelectromotoare, adică a eficienţei termoelectrice.

În cadrul proiectului intră atât elaborarea tehnologiei de fabricare a firelor bifilare din semiconductori Bi2Te3 şi Bi1-xSbx de tipul n şi p şi crearea pe baza lor a termocuplurilor cu sensibilitate înaltă, cât şi crearea machetei generatorului termoelectric anizotrop pe baza firelor din semimetale în izolaţie de sticlă. Micro-termo-generatorul, construit dintr-un singur fir monocristalin de Bi (cu un număr mic de conexiuni) va servi în calitate de sursă de energie pentru alimentarea dispozitivelor cu curent mic de consum.