В МИФИ создали программу для расчета квантовых процессов в многослойных гетероструктурах

МОСКВА, 6 апреля. /ТАСС/. Ученые Национального исследовательского ядерного университета МИФИ создали оригинальный программный пакет для расчета квантовых процессов в многослойных гетероструктурах - ключевых материалах для создания оптоэлектроники. Об этом в четверг сообщили ТАСС в университете, отметив, что новая программа и считает быстрее зарубежного коммерческого аналога, и результаты расчетов значительно точнее.

Как рассказали в МИФИ, расчет квантовых процессов требуется при разработке новых материалов и технологий для обеспечения радиофотонных компонентов, которые, соединяя принципы радиотехники и оптики, позволяют более эффективно управлять параметрами сигнала. Такие компоненты необходимы, в частности, при переходе систем связи к более высоким частотам: уже в ближайшем будущем частоты радиосигналов перейдут от диапазона в единицы гигагерц (ГГц) к десяткам и сотням гигагерц. Если для 5G+ требуется 37 ГГц, то для 6G потребуется уже более 70 ГГц. По словам ведущего научного сотрудника Центра радиофотоники и СВЧ-технологий МИФИ профессора Ивана Васильевского, сложность создания таких материалов том, что они содержат несколько десятков слоев наноразмерного масштаба, отличающихся по химическому составу. Чтобы правильно рассчитать их конструкцию, структуру, состав, толщину и содержание лидирующих примесей, нужно иметь глубокие знания физики происходящих в материалах процессов.

"Мы находимся на стыке фундаментальной физики полупроводников, квантовой физики наноструктур и задач инжиниринга. Между тем, многие разработчики программного продукта не владеют квантовым моделированием и используют готовые программы. Мы исследовали возможности одной из таких зарубежных программ - там недостаточно ясен применяемый алгоритм, не все параметры раскрываются", - рассказал профессор Васильевский. Протестировав иностранное ПО, российские физики обнаружили, что его расчеты не всегда корректны. Молодой ученый из МИФИ, кандидат физико-математических наук Константин Гришаков написал программу, использовав усложненный подход, так называемый KP-метод, который учитывает квантовые взаимодействия близлежащих дырочных состояний. "Мы уверены в этой программе, потому что знаем, на каких физических принципах она строится, какие приближения использует. Более того, ПО, созданное в МИФИ, проводит расчеты в несколько раз быстрее коммерческой зарубежной программы, которую тестировали исследователи университета", - рассказал Васильевский.

Программа МИФИ

В программе, созданной в МИФИ, используется очень сложная математика и вычислительные уравнения, но не возникает ошибок. Теперь можно рассчитывать все необходимые свойства сложных полупроводниковых структур. Профессор Васильевский уверен, что программа станет мощным и надежным инструментом, который исследователи, инженеры и разработчики смогут использовать, не вдаваясь в тонкости квантово-физического моделирования. По результатам расчета программы специалисты из МИФИ уже изготовили тестовые образцы гетероструктур, которые скоро начнут применять для разработки электрооптических компонентов.

"На этих материалах мы сможем сделать компактный и эффективный электрооптический модулятор, сможем внедрить разработку у нашего промышленного партнера, а они смогут выпускать серийно компонентную базу для применения в системах как гражданского, так и специального назначения, шагнув в область частот 40 ГГц и выше. Цель разработки - расширение частотного диапазона и улучшение показателей компонентной базы будущего в области радиофотоники", - объясняет Васильевский.