Программа научного проекта на 2024 – 2028 годы (Соглашение № 075-15-2024-632 от 14.06.2024/ № 075-15-2025-010 от 28.02.2025 г.)
Цели и задачи научного проекта:
В настоящее время в мире особое внимание уделяется формированию и разработке новой элементной базы электронных приборов и вычислительных устройств, работающих на новых физических принципах и имеющих конечной целью реализацию цифровых и квантовых систем с рекордными характеристиками. Этот вопрос чрезвычайно важен, поскольку страна, которая первой освоит новые технологии в этих областях, получит значительное преимущество в создании как сильноточных систем, таких как трансформаторы, электрические сети и генераторы, так и слаботочных вычислительных приборов и сверхчувствительных сенсоров нового поколения. В России сформировалась одна из сильнейших научных школ в области физики конденсированного состояния вещества, занимающаяся изучением сверхпроводимости, магнетизма и электронных свойств металлов, полуметаллов и изоляторов. Это предоставляет реальную возможность превзойти в технологическом плане лидеров мирового рынка полупроводниковой микроэлектроники.
Общей целью проекта является создание материалов и структур с новыми функциональными возможностями, способными обеспечить прорывное развитие технологий в области перспективных, энергоэффективных микро- и наноустройств для новой элементной базы микроэлектроники. Эта база будет служить основой для ускоренного развития цифровой и квантовой электроники в России. Особую перспективу в этом контексте представляет создание гетероструктур, обладающих нетривиальными и, при этом, хорошо контролируемыми электрическими и магнитными свойствами. О важности этого направления свидетельствует, в частности, постоянный рост количества теоретических и экспериментальных работ в ведущих мировых научных изданиях, а также информация о новых технологических разработках.
Для достижения поставленной цели работы в проекте будут сосредоточены на решении широкого комплекса фундаментальных задач, которые могут быть разделены на четыре тесно взаимосвязанных направления:
А) Исследование новых материалов с топологически защищенными электронными подсистемами, проявляющими сверхпроводящие, квантово размерные и магнитные свойства. Эти материалы предполагается использовать для улучшения масштабируемости цифровых и квантовых устройств вплоть до молекулярного уровня, обеспечения устойчивости к электромагнитным шумам и повышения чувствительности неинвазивных квантовых сенсоров;
Б) Исследование новых и уже известных материалов с нетривиальными сверхпроводящими свойствами. Это исследование направлено на получение более глубокого понимания природы сверхпроводимости, что позволит предсказывать и синтезировать новые сверхпроводники, в том числе способные работать при рекордно высоких температурах и магнитных полях, а также разработать новую элементную базу для вычислительных устройств и сенсоров с уникальными характеристиками;
В) Исследование магнитных низкоразмерных систем на основе новых материалов для создания устройств, оперирующих единичными спинами атомов и электронов, которые можно использовать в цифровых и квантовых вычислительных системах;
Г) Изучение возможности использования квантовых свойств ряда перспективных диэлектрических материалов для разработки элементов и устройств молекулярной наноэлектроники, оперирующих отдельными ионами и молекулами, а также коммуникационных устройств с терагерцовыми рабочими частотами.
