Научное направление «Квантовая наноэлектроника»

Научный руководитель д.ф.-м. н. профессор департамента электронной инженерии Константин Юрьевич Арутюнов.

Квантовая наноэлектроника - новая область знаний, лежащая на самом переднем крае таких дисциплин как квантовая механика, электроника, криогеника, материаловедение и нанотехнология. Наряду с негативным влиянием квантовых размерных эффектов на работу «стандартных» устройств, те же самые явления могут быть использованы, например, для построения качественно нового поколения логических элементов - кубитов (англ. qubit), основанных на принципиально отличных от классических принципах передачи, обработки и хранения информации. В основе работы таких устройств лежат законы квантовой механики, открывающие принципиально новые возможности для таких областей как информатика, телекоммуникация, метрология и вычислительная техника. Помимо огромной значимости для народного хозяйства, включая такие жизненно важные области как космическая, оборонная индустрия и национальная безопасность, квантовая наноэлектроника открывает новые горизонты для фундаментальных исследований в широком спектре дисциплин, которые до недавнего времени считались имеющими мало общего: лингвистика и квантовая криптография, нейрохирургия и квантовая информатика.

Условно деятельность группы «Квантовая наноэлектроника» можно разделить на несколько тесно взаимосвязанных направлений:

• Разработка научно-технологических основ получения и изготовления новых наноструктурированных материалов и квантовых наноэлектронных систем.
• Микроскопический и структурный анализ наноматериалов и наноструктур.
• Исследование физических свойств квантовых наноэлектронных систем при низких и сверхнизких температурах.
• Разработка теоретических моделей, описывающих транспортные характеристики низкоразмерных квантовых наноэлектронных систем пониженной размерности. 
• Разработка рекомендаций по созданию конкурентоспособной продукции, услуг и использованию результатов проведенных исследований.
  
  

Реализуемые проекты:

Актуальность проектов в первую очередь определяется большими вызовами для нашего общества, такими как: террористические угрозы, технологическая независимость и импортозамещение. Решение этих важнейших задач требует развития высоких технологий, в первую очередь ¬¬- в сфере цифровой экономики, коммуникаций, (кибер)безопасности и других ключевых элементов народного хозяйства РФ. В частности, особое значение приобретает развитие высокопроизводительных элементов микро- и наноэлектронных систем. Соответственно, главной задачей предлагаемого проекта является разработка функциональных материалов, фундаментальных принципов работы и прототипов нового поколения квантовых устройств.  

Для решения задач проектов будут изготавливаться различные низкоразмерные квантовые системы, проводиться их микроскопический анализ, теоретические и экспериментальные исследования широкого класса физических явлений. Объектами исследований будут гибридные наноструктуры на базе сверхпроводников, магнетиков, электроактивных полимеров, фотоактивных перовскитов и топологических изоляторов.

Тематика проектов соответствует приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Индустрия наносистем и материалов». Технологические решения, полученные в процессе работы, внесут ощутимый вклад в развитие критических технологий Российской Федерации «Нанотехнологии и наноматериалы» и «Технологии создания электронной компонентной базы». Обозначенная тематика исключительно актуальна как с точки зрения фундаментальных вопросов физики твердого тела, так и - для различных прикладных вопросов нано- и криоэлектроники, включая создание качественно новых устройств для нужд цифровой экономики, сенсоров электромагнитного излучения и логических элементов. Экспериментальные и теоретические наработки по исследованию поведения микро- и наноэлектронных устройств в экстремальных условиях сверхнизких температур и сильных электромагнитных полей позволят оптимизировать работу специализированных элементов бортовой аппаратуры для различных аэрокосмических приложений, блоков атомной и солнечной энергетики. 

 Наши партнеры:

• Институт физических проблем им. П. Л. Капицы РАН
• Физический институт имени П.Н.Лебедева РАН (ФИАН)
• Институт физики твердого тела РАН (ИФТТ)
• Физический факультет МГУ
• Московский физико-технический институт (государственный университет) (МФТИ)
• Московский государственный педагогический университет (МПГУ)
• Karlsruhe Institute of Technology (Germany)
• Институт передовой промышленной науки и технологии (Япония)  
• FOUNDATION FOR RESEARCH AND TECHNOLOGY HELLAS (Греция)
• NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH “DEMOKRITOS” – INSTITUTE OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY (Греция)
• National Technical University of Athens (Греция)
• ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI (Греция)
• MIKES,  VTT Technical Research Centre of Finland ( Финляндия)
• Chalmers University of Technology (Швеция)

Наиболее значимые публикации коллектива:

• Egor A. Sedov, Kari-Pekka Riikonen and Konstantin Yu. Arutyunov// Quantum size phenomena in single-crystalline bismuth nanostructures// Nature: Quantum Materials 2, article number 18 (2017) doi:10.1038/s41535-017-0017-8
• V. Astafiev, L. B. Ioffe, S. Kafanov, Yu. A. Pashkin, K. Yu. Arutyunov, D. Shahar, O. Cohen, & J. S. Tsai // Coherent quantum phase slip // Nature 484(7394), 355 -- 358 (2012). DOI: 10.1038/nature10930. Количество цитирований  89 (Scopus), 79 (WoS).
• K. Yu. Arutyunov, T. T. Hongisto, J. S. Lehtinen, L. I. Leino, and A. L. Vasiliev// Quantum phase slip phenomenon in ultra-narrow superconducting nanorings // Nature: Sci.Rep. 2, 293 (2012). DOI: 10.1038/srep00293 Количество цитирований 13 (Scopus), 14 (WoS).
• M. Zgirski, K.-P. Riikonen, V. Touboltsev, and K. Arutyunov //Size Dependent Breakdown of Superconductivity in Ultranarrow Nanowires // Nano Letters 5, 1029 -- 1033 (2005), DOI: 10.1021/nl050321e . Количество цитирований 118 (Scopus), 111 (WoS).
• M. G. Flokstra, N. Satchell, J. Kim, G. Burnell, P. J. Curran, S. J. Bending, J. F. K. Cooper, C. J. Kinane, S. Langridge, A. Isidori, N. Pugach, M. Eschrig, H. Luetkens, A. Suter, T. Prokscha, and S. L. Lee //  Remotely induced magnetism in a normal metal using a superconducting spin-valve // Nature Physics 12, 57 (2016). DOI:10.1038/nphys3486. Количество цитирований  5 (WoS)
• K. Yu. Arutyunov, D. S. Golubev, and  A.D. Zaikin //Superconductivity in one dimension (invited review article)//Physics Reports 464, 1-70 (2008);  doi:10.1016/j.physrep.2008.04.009; Количество цитирований 98 (Scopus), 136 (WoS).
•  A.S. Vasenko, A.A. Golubov, M.Yu. Kupriyanov, and M. Weides // Properties of tunnel Josephson junctions with a ferromagnetic interlayer // Phys.Rev. B 77, 134507 (2008). Количество цитирований 32 (Scopus)
• K.Yu. Arutyunov, H.-P. Auraneva, and A.S. Vasenko // Spatially resolved measurement of nonequilibrium quasiparticle relaxation in superconducting Al // Phys.Rev. B 83, 104509 (2011). Количество цитирований 26 (Scopus).
• Shein K., Emelyanova V., Logunova M., Zarudneva A., Zavyalov V., Arutyunov K. Kinetic inductance in superconducting microstructures // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 2020. Vol. 33. P. 2325-2327. DOI 10.1007/s10948-019-05401-4
• Арутюнов К. Ю., Седов Е. А., Голоколенов И. А., Завьялов В. В., Константинидис Г., Ставринидис А., Ставринидис Г., Василиадис И., Кехагиас Т., Димитракопулос Г. П., Комнину Ф., Кроитору М. Д., Шаненко А. А. Квантовый размерный эффект в сверхпроводящих пленках алюминия // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. № 9. С. 1609-1613 DOI 10.21883/FTT.2019.09.48098.28N
• Lehtinen J. S., Wang Z. M., Arutyunov K. Towards quantum phase slip based standard of electric current // Applied Physics Letters. 2019. Vol. 114. No. 242601. P. 1-5. DOI 10.1063/1.5092271
• Arutyunov K. Yu., Chernyaev S. A., Karabassov T., Lvov D. S., Stolyarov V. S., Vasenko A. S. Relaxation of Nonequilibrium Quasiparticles in Mesoscopic Size Superconductors // Journal of Physics: Condensed Matter. 2018. Vol. 30. No. 343001. P. 1-16. DOI 10.1088/1361-648X/aad3ea

Контактная информация:

Арутюнов Константин Юрьевич

Департамент электронной инженерии: Профессор

123458, г. Москва, ул. Таллинская, 34, к. 423
Телефон:  (495) 772-9590 *15240, 
E-mail:  karutyunov@hse.ru