Kvantni efekti u nanostrukturama i nanospintronika

Nanostrukture su sistemi sačinjeni od jednog ili više materijala čija je bar jedna dimenzija reda nm. Izrađuju se od raznih materijala, najčešće ali ne i jedino od poluprovodnika. Primer nanostruktura sa vrlo perspektivnom primenom u mikroelektronici su fulereni, od kojih su najpoznatije ugljenične nanotube ili nanocevi (od 1991.) i od nedavno (od 2004.) grafen. Ovi sistemi su najmlađi predstavnici nanostruktura, sa perspektivnim primenama u oblasti nanotehnologije, dok su stariji predstavnici poluprovodničke kvantne jame, nanožice i nanotačke. Računanje elektronske strukture nanotačaka ili veštačkih atoma, kako se još nazivaju, zahteva razvoj kompleksnih trodimenzionih modela, na osnovu kojih se dalje modeluju optičke osobine (na primer pojačanje lasera) i transportne osobine (na primer strujno-naponska karakteristika). Interesantno novo polje istraživanja predstavlja nanospintronika, koja koristi spin kao nosilac informacije u nanostrukturama. Perspektivne primene nanospintronskih struktura su predvidjene u kvantnoj informatici.

Prof. dr Milan Tadić već više godina samostalno sprovodi naučno-istraživački rad na Elektrotehničkom fakultetu u navedenim oblastima. U okviru istraživačkog rada, do sada je odbranjeno više diplomskih radova studenata ETF-a, nekoliko magistarskih radova, a u toku je izrada dve doktorske disertacije iz spomenutih oblasti.

Interesantno je da ugljenične nanostrukture mogu biti metalne ili poluprovodničke, kao i da pokazuju raznolike efekte nastale kvantovanjem energija nosilaca naelektrisanja u njima. Slično važi i za nanostrukture na bazi elemenata IV grupe periodnog sistema i III-V jedinjenja Primeri takvih efekata su kvantovanje provodnosti, Kulonova blokada i Aharonov-Bomov efekat. Svaki spomenuti efekat ima svoje primene za izradu elektronskih komponenata; spomenuta tri efekta se redom koriste za definiciju standarda otpornosti, izradu jednoelektronskih komponenata i izradu kvantnih interferentnih komponenata. Interesantan novi efekat je optički Aharonov-Bomov efekat (vidi rad 5 u donjoj listi). Opis ovih efekata zahteva razvoj i primenu odgovarajućih modela, koji najčešće koriste numeričke metode za rešavanje. Tako je, na primer, za potrebe modelovanja elektronske strukture kvantnih tačaka razvijen softver FEDOR, koji koristi metod konačnih elemenata za izračunavanje raspodele mehaničkog naprezanja i elektronske strukture. Istim programom se modeluju i optičke osobine, kao što je na primer apsorpcija i pojačanje svetlosti. U toku je razvoj modela za kvantne tačke dopirane magnetskim primesama i spinske interferentne efekte u kvantnim prstenovima. Istraživačke aktivnosti se trenutno odvijaju u okviru projekta "Nanostrukture i nanokomponente u fizičkoj elektronici", finansiranom od Ministarstva nauke, Republike Srbije.

U okviru istraživanja u spomenutim oblastima, publikovano je nekoliko desetina radova, od kojih je većina publikovana u vodećim međunarodnim časopisima. Primeri publikacija objavljenih u poslednjih nekoliko godina su:

  1. M. Tadić and F. M. Peeters, "Binding of electrons, holes, and excitons in symmetric strained InP/InGaP triple quantum-dot molecules", Physical Review B, Vol. 70, Art. no. 195302, 2004.
  2. M. Tadić and F. M. Peeters, "Intersublevel magnetoabsorption in the valence band of p-type InAs/GaAs and Ge/Si self-assembled quantum dots", Physical Review B, Vol. 71, Art. no. 125342, 2005.
  3. V. Mlinar, M. Tadić, B. Partoens, and F. M. Peeters, "Nonsymmetrized Hamiltonian for semiconducting nanostructures in a magnetic field", Physical Review B, Vol. 71, Art. no. 205305, 2005.
  4. V. Mlinar, M. Tadić, and F. M. Peeters, "Hole and exciton energy levels in InP/InGaP quantum dot molecules: Influence of geometry and magnetic field dependence", Physical Review B, Vol. 73, Art. no. 235336, 2006.
  5. I. L Kuskovsky, W. MacDonald, A. O. Govorov, L. Mourokh, X. Wei, M. C. Tamargo, M. Tadić, and F. M. Peeters, "Optical Aharonov-Bohm effect in stacked type-II quantum dots", Physical Review B, Vol. 76, Art. no. 035342, 2007.

Međunarodna saradnja

Od 2000. postoji intenzivna saradnja sa istraživačkom grupom "Teorija kondenzovane materije" prof. Francoisa Peetersa sa Univerziteta u Antverpenu, Belgija. Dosadašnja saradnja se odvijala u okviru FP5 i FP6 programa, od kojih je poslednji FP6 projekat EU NoE: SANDiE (Self-assembled semiconductor nanostructures for new devices in photonics and electronics). Na ovom univerzitetu su do sada doktorirala trojica studenata sa Elektrotehničkog fakulteta (Milorad Milošević, Vladimir Mlinar i Predrag Krstajić). Interesantno je da sva trojica rade u različitim oblastima, modelovanja nanoskopskih superprovodnih struktura, poluprovodničkih nanotačaka i nanospintronike. Milorad Milošević je nedavno izabran za docenta na Univerzitetu u Antverpenu. Pored spomenutih, još dvojica studenata su ostvarila kratke posete u okviru stalne saradnje sa spomenutom istraživačkom grupom, a u pripremi je poseta još jednog studenta u tekućoj školskoj 2007/08. godini.

Studenti završnih godina osnovnih studija, master studija i studenti doktorskih studija zainteresovani za rad u navedenim oblastima mogu se obratiti prof. dr Milanu Tadiću.

Last update: Februar 2008