Все мы, конечно же, помним завалявшуюся со времен детства где то на антресолях коробочку с фотонами от учебного набора “Юный квантовый механик”.
![Коробок с фотонами, известный каждому](https://rotozeev.net/foto/korobok_photonov.jpg)
Но сейчас, в век прогрессивных виртуальных технологий уже не нужно самому руками мастерить коробку, искать радиоактивный элемент и выманивать испуганного кота из-под дивана для проведения классического опыта по квантовой механике. Сегодня нашел интересный ресурс по нано-технологиям, который содержит онлайн эмуляции всевозможных процессов, так или иначе связанных с микро- и нано-электроникой. Речь идет о портале http://nanohub.org. Для полноценной работы необходимо зарегистрироваться, это бесплатно, после чего в разделе Resourses/Tools вы можете опробовать один из множества симуляторов.
Так, например, можно посмотреть на зависимость коэффициента прохождения при резонансном туннелировании электронов через ряд потенциальных барьеров.
![Резонансное туннелирование](https://rotozeev.net/foto/resonant_tunneling.jpg)
Вы сами устанавливаете число барьеров, их параметры, затем после нажатия кнопки Simulate и некоторого времени появляется график. На картинке как раз видны резонансные пики. В этом симуляторе я не разобрался как строить вильт-амперную характеристику. Более того, пример приближен к реалиям, ибо задается не высота барьера в энергетических единицах, а конкретно степень легирования алюминием арсенида галлия, но как эти вещи связаны – не ясно. То есть просто какая то научная группа выкладывает “в паблик” свои программы, причем в основном исходный код скрыт, так что понять как это все обсчитывается, в каких приближениях довольно затруднительно. По крайне мере с первого раза 🙂
Или вот еще пример – эдакий полевой транзистор (FET – Field Effect Transistor) с углеродной нанотрубкой, окруженной диэлектриком, который в свою очередь окружен проводником, который и является затвором (гейтом, gate). То есть, проводимость нанотрубки, ее вольт-амперная характеристика зависит от управляющего потенциала на гейте, в этом, собственно, и есть суть транзистора. На концах трубки имеются еще и так называемые барьеры Шоттки. Всю эту штуку рассчитывает вот эта симуляция, куда опять таки можно заложить произвольные (или почти) параметры:
![FET Schottky nanotube](https://rotozeev.net/foto/schottky_fet_nanotube.jpg)
На картинке видны графики вольт-амперных характеристик этого транзистора. Разные цвета соответствуют разным напряжениям на гейте.
Еще я смотрел и игрался с симуляцией, которая рассчитывает с помощью уравнения Шрёдингера энергетический спектр в условиях периодического потенциала (модель Кронига-Пенни, синусоидальный потенциал…) – то есть обычная модель слабой связи для электронов проводимости в металлах. Как и ожидалось в спектре появляются запрещенные зоны.
Вообще, чтобы понять по каким же формулам делаются расчеты в этих онлайн игрушках можно посмотреть видео лекции от NanoHub на Youtube. Чтобы оживить пост вставлю видео с предварительной лекции по всей этой наноэлектронике. Мне нравится в ней то, что как обычно я лучше понимаю английский на слух, когда на нем говорят не носители языка. А тут такой колоритный индус (это вроде бы сам Датта, тот, который причастен к спиновому транзистору Датта-Даса) :