Исследователи из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирского государственного университета создали наномеханический резонатор, добротность которого при воздействии излучения изменилась и не вернулась к прежнему состоянию после выключения света. Результаты работы опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Наноэлектромеханические системы (НЭМС) позволяют исследовать свойства физических величин в наномире. С помощью них можно, например, замерить массу одной молекулы. Одна из таких систем — нанорезонатор — обладает собственной частотой колебаний, которая может изменяться под действием внешних сил, например массы молекулы.

Также нанорезонаторы могут конвертировать энергию собственных колебаний в излучение, которое можно увидеть и измерить. Таким образом, на основе подобных систем возможно создание прецизионных датчиков для химического и медицинского анализа.

Российские исследователи в новой работе показали, что одна из важнейших характеристик такого резонатора — добротность — может необратимо меняться при действии света. Эта характеристика определяет, насколько хорошо задана резонансная частота устройства. Чем она выше, тем точнее можно измерить физические величины.

Для создания нанорезонатора исследователи использовали полупроводниковую многослойную структуру на основе арсенида галлия. Ученые избирательно вытравливали один из промежуточных слоев материала. Это позволило им создать тонкую полупроводниковую мембрану над подложкой, которая и играла роль резонатора.

Свойства полупроводниковых наноструктур с двумерным электронным газом, квантовыми нитями и квантовыми точками — состояниями, в которых движение электронов ограничено (квантуется) в одном или нескольких направлениях — предмет активного интереса в современной физике. А если эту систему дополнительно еще «заставить» колебаться, то обнаруживаются новые эффекты, недоступные при исследовании в статичном состоянии.

«Мы показали, что добротность после изменения переходит в “замороженное” состояние, т.е. нанорезонатор “помнит”, что на него воздействовали светом и не возвращается в начальное положение. Раньше удавалось увидеть подобное явление только для фотопроводимости, которое физики объяснили так называемыми DX-центрами. Наши эксперименты показали, что, по всей видимости, примесь, находясь в состоянии такого центра, определяет не только электронные, но и механические свойства систем. В частности — скорость затухания механических колебаний в среде. Вполне возможно, что DX-центры можно будет в дальнейшем исследовать с помощью нанорезонаторов, например, тех, что мы создаем», — рассказал ведущий автор статьи, научный сотрудник лаборатории неравновесных полупроводниковых систем ИФП СО РАН Андрей Шевырин.