Fizika taraqqiyoti tarixi solnomasi (1900-2015)”

II BOB. LAZER TEXNOLOGIYALARI VA NANOFIZIKA
2.1. 1961 – 1980 yillarda fizika sohasidagi kashfiyotlar

20-asrning ikkinchi yarmida ko`plab yangi turdagi yarim o`tkazgich asboblar ishlab chiqildi. Ko`p komponentali yangi turdagi yarim o`tkazgich materiallardan foydalanib yaratilgan, butunlay yangi funktsional xossalarga ega bo`lgan yarim o`tkazgich asboblar vakuumli asboblarni to`liq siqib chiqardi. SHunday qilib, butunlay yangi soha - yarim o`tkazgichli elektronika sohasi vujudga keldi.

Ma`lumki, ko`pchilik yarim o`tkazgich asboblarning ishlash printsipi p-n o`tish xossalariga asoslangan. Odatda p-n o`tish p va n turidagi ikkita yarim o`tkazgich qatlamining tutashtirilishidan hosil bo`ladi.

1960 yillardan boshlab geteroo`tishlar o`rganila boshlandi. Geteroo`tish r va p o`tkazuvchanlikka ega bo`lgan, turli taqiqlangan zonali ikkita yarimo`tkazgich qatlamining tutashtirilishidan hosil qilinadi.

1970 yilga kelib Rossiya fanlar akademiyasi akademigi J.I. Alferov tomonidan qattiq qoishmalar asosida tayyorlangan turlicha ta`qiqlangan zonalarga ega bo`lgan yarim o`tkazgichlar o`rtasida ideal geteroo`tishlar hosil qilindi. Keyinchalik ushbu geteroo`tishlar asosida xilma-xil yarim o`tkazgich asboblar yasashga ham erishildi. Ushbu turkum ishlari uchun 2000 yili J.I. Alferov Nobel mukofotiga sazovor bo`ldi. Xuddi shuningdek, ushbu turkum ishlar yarim o`tkazgichli elektronika sohasi ichida yangi “Geteroo`tishli yarim o`tkazgichli elektronika” yo`nalishiga asos soldi. Geteroo`tishli yarim o`tkazgichli elektronika, umuman yarim o`tkazgichli elektronikaning alohida muhim bir sohasi bo`lib hisoblanadi. O`z navbatida geteroo`tishli yarim o`tkazgichli elektronika, uning ichida tashkil topib, rivojlanib mustaqil soha sifatida ajralib chiqqan “yarim o`tkazgichli optoelektronika”ning gurkirab rivojlanishiga ham asos bo`ldi.

Optoelektronika elektr va optik uslublar asosida ma`lumotlarni yaratish, qayta ishlash, saqlash masalalarini tadqiq etuvchi sohadir. Optoelektronika moddalardagi elektr va optik xodisalarni, ularni o`zaro bog`liqligini, bir-biriga aylanishi o`rganish asosida yangi turdagi yarim o`tkazgich asboblar va sxemalar yaratadi. YArim o`tkazgichli optoelektronikaning rivojlanishi yuqori samaradorlikka ega bo`lgan quyosh elementlarining, o`ta tezkor fotosezgir asboblarning xona temperaturasida uzoq muddat ishlay oladigan geterolazerlarning yaratishiga va keng ko`lamda qo`llanilishiga olib keldi. Eng asosiysi, shuni ta`kidlash joizki, nanoelektronikaga dastlabki qadamlar ham ushbu ishlarda qo`yilgan edi.

Elektronika sohasi rivojlanib taraqqiy etib borishi natijasida mikroelektronika vujudga keldi. Albatta, mikroelektronika o`lchamlarning kichrayishi, yoki aniqrog`i miqronli o`lchamlarga o`tilishi munosabati bilan shakllanib bordi. O`z navbatida mikroelektronika negzida nanoelektronika shakllanib bormoqda. Lekin, shuni ta`kidlash joizki, nanoelektronika birgina o`lchamlarning kichrayishi, yani mikron o`lchamlardan nanometrli, nanosekundli o`lchamlarga o`tishning o`zigina emas. NanoElektronikada, birinchi galda, elektronning kvant xususiyatlaridan foydalaniladi.

Darhaqiqat, makroskopik masshtablarda va yuqori energiyalarda elektron klassik zarracha deb qaraladi. Vakuumdagi yoki istalgan biron-bir fazodagi elektron erkin elektron deb ataladi. Bunday elektronlar to`plami elektron bulut, elektron gaz deyiladi. Fazodagi erkin elektronning uchta erkinlik darajasi bor. Bunday elektron X,U,Z o`qlari bo`ylab bemalol erkin harakat qila oladi. Bunday elektron gaz, bu ham o`z navbatida uch o`lchamli elektron gaz deb ataladi. Masshtabiga bog`liq ravishda struktura nol’ o`lchamli (OD) yoki uch o`lchamli (3D) hisoblanadi. Bu erda D-dimention –o`lcham, massiv, o`lchov, kattalik hajm so`zlarining birinchi xarfi bo`lib, uning oldidagi raqam esa tuzilma geometrik o`lchami tartibini bildiradi.

Agar bunday elektronning harakatini biron-bir yo`nalish bo`yicha chegaralasak uning erkinlik darajasi 2 ta bo`lib qoladi, yani endi bunday elektron 2 yo`nalish (X,Y) bo`yicha erkin xarakat qila oladi. Bunday elektron gaz esa ikki o`lchamli elektron gaz deb ataladi. Kvant devorlar (KD) boshqacha aytganda, kvant chuqurliklar (KCH) –strukturalarning o`lchamlari bir yo`nalish bo`yicha qator atom oralig`idagi masofa tartibida bo`ladi, qolgan ikki yo`nalish bo`yicha esa o`lcham makroskopik qiymatga ega bo`ladi. Bu ikki o`lchamli (2D) elektron gazdir.

Agarda erkin elektronning harakatini 2 yo`nalish bo`yicha chegaralasak, endi u faqat bir yo`nalish bo`yicha erkin harakat qila oladi va erkinlik darajasi 1 ga teng bo`ladi. Mos ravishda bunday elektron gaz 1 o`lchamli elektron gaz deb ataladi. Kvant simlar (KS) yoki kvant iplar (KI)-bunda strukturalar o`lchamlari ikki yo`nalish bo`yicha bir necha atomlar orasidagi masofaga teng bo`ladi. Uchinchi yo`nalish bo`ylab esa o`lcham makroskopik qiymatga ega bo`ladi. Bu bir o`lchamli (1D)Elektron gazdir.

Agarda elektronning harakatini uchchala yo`nalish bo`yicha chegaralasak, endi u hech bir yo`nalish bo`yicha erkin harakatlana olmaydi. Uning erkinlik darajasi nolga teng bo`ladi. Mos ravishda bunday elektron nol o`lchamli elektron deb ataladi. Amalda esa bu bog`langan elektrondir. YOki kvantomexanik iborada esa uch o`lchamli potentsial o`ra ichidagi elektrondir. Kvant nuqtalar (KN) – bu strukturalarning o`lchamlari mavjud uch yo`nalish bo`yicha atomlar orasidagi masofa tartibida bo`ladi (KNlarni ba`zan sun`iy atomlar deb ham atashadi).

Metallar va yarim o`tkazgichlardagi elektronlar o`z atomlarini tark etib kristall bo`ylab erkin xarakat qilib yurishlari mumkin. Lekin aslida ular kvazierkin elektronlardir. Ular faqat kristal panjara ichida erkin harakat qilib yura oladilar, muayyan shart-sharoit bo`lmaguncha, kristalni tark eta olmaydilar. YAni, ular ham makroskopik masshtabdagi potentsial o`ra ichidagi elektronlardir. SHunday bo`lsada, soddalik uchun bunday elektronlarni erkin elektronlar deb atash qabul qilingan. Bunday elektron gaz esa uch o`lchamli elektron gaz deb xissoblanadi.

O`lchamli kvantlanishni yarim o`tkazgichlarda namoyon qilish yuqori texnologiyalar (molekulyar nurli epitaktsiya) yordamida biror taglik ustida nafaqat kristallografik tuzilishi, balki kimyoviy tarkibi ham bir-biridan farq qiladigan o`ta yupqa qatlamlar o`stirish orqali amalga oshiriladi. Bu sohadagi tadqiqot ishlari o`tgan asrning 80-yillaridan boshlandi. e`tiborlisi, asosan uchlangan birikmalar asosidagi AI_x Ga_1-x As qattiq qotishmalar yordamida geteroo`tishlar hosil qilish ustida tadqiqotlar olib borildi.

1950 yillarning boshlarida N. G. Basov, A. M. Proxorov va CH. Tauns elektromagnit nurlanishlar kvant sistemalarining kuchaytirish va generatsiyalashning asosiy printsiplarini ishlab chiqdilar bu esa radiochastota (mazerlar) va optik diapozonda ishlaydigan printsipial’ nurlanish manbalari yaratishga asos bo’ldi. 1960 yilda  Teodor Mayman 694 nm to’lqin uzunlikda monoxromatik nurlanish impul’slarini generatsiyalaydigan yoqut kristalli asosidagi birinchi lazerni yasadi. Hozirgi paytga kelib spektrning optik diapozoni turli qismlarida nurlanadigan turli xarakteristikali- gazli, qattiq jismli, yarim o’tkazgichli ko’plab lazerlar yaratilgan.

XX asr oxiri XXI asr boshlaridagi boshqa fizika yutuqlaridan yuqori haroratli o’ta o’tkazuvchanlik hodisasining kashf etilishi va grafen olish texnologiyasi (2002yil)ni qayd etish lozim. Bu ikki tadqiqot yo’nalishi ham istoqbolli deb qaraladi, ammo ularning keng amaliy qo’llanilishi hali oldinda.

1970 yillarga kelib nazariy fizikada nisbatan tinchlik kuzatiladi, ba`zi bir olimlar hattoki “fizika krizisi” yoki “fanning oxiri” haqida gapira boshladilar. SHunday bO`lsa-da, biz mavjud nazariyalar doirasida ish olib bormoQda. Misol uchun, gravitatsion tO`lQinlar mavjudligi birinchi ishonchli kO`rsatkichlarini olindi, nisbiylik nazariyasi tushuncha bilan, shu elektromagnit va gravitatsion O`zaro ta'sir tarQalishi tezligi mos kelishi o’rganilmoqda . turli xil boshqa topshiriqlardan tashqari  standart model va super simmetriya nazariyasini o’rganishga yordam qiluvchi yuqoi energiyali YAdro tadqiqotlarining Evropa tashkiloti katta adron kollayder qurildi va ishga tushirildi. 2013 yilda kollayder yordamida Xiggs bozoni mavjudligi qayd etildi bu esa standart modelni tasdiqlaydi va tugallaydi.

Li Smolin fundamental’ ahamiyatga ega bo’lgan 5ta dolzarb muammoni ajratadi uning echimi fizikaning yuqori chuqqilarga ko’tarilishiga olib keladi.