Введение 3
Раздел 1. Физические и технологические основы наноэлектроники 7
Глава 1. Теоретические основы наноэлектроники 9
1.1. Основные положения квантовой механики, используемые в наноэлектронике 9
1.2. Момент импульса и спин 14
1.3. Магнитный резонанс 17
1.4. Туннельный переход через потенциальный барьер 21
1.5. Квантовые потенциальные ямы 24
1.6. Интерференционные эффекты в наноструктурах 27
1.7. Элементы зонной теории и транспортные явления в наноразмерных структурах 29
1.8. Сверхрешетки 33
1.9. Плотность энергетических состояний в низкоразмерных структурах 37
1.10. Одноэлектроника 43
1.11. Физические основы спинтроники 46
Контрольные вопросы и задания 53
Глава 2. Физические свойства наноструктур и наноструктурированных материалов 54
2.1. Классификация низкоразмерных структур и наноматериалов 54
2.2. Свойства двумерных структур 58
2.3. Свойства одномерных структур и материалов 76
2.4. Свойства углеродных наноструктур 80
2.5. Свойства наночастиц и материалов с наночастицами 92
Контрольные вопросы и задания 96
Глава 3. Технология создания наноматериалов и наноструктур и методы их диагностики 97
3.1. Методы диагностики нанообъектов 97
3.2. Эпитаксиальные методы создания тонких пленок и гетероструктур 104
3.3. Технология создания квантовых точек и нитей 112
3.4. Основные технологические методы создании углеродных наноматериалов 118
3.5. Методы зондового сканирования 122
3.6. Нанолитография 124
Контрольные вопросы и задания 127
Раздел 2. Наноэлектронные приборы 129
Глава 4. Полупроводниковые гомо- и гетероструктуры и приборы на их основе 131
4.1. Электрические гомо- и гетеропереходы 131
4.2. Туннельные диоды 159
4.3. Биполярные транзисторы 168
4.4. Полевые транзисторы 200
Контрольные вопросы и задания 232
Глава 5. Наноэлектронные приборы на основе квантово-размерных структур 234
5.1. Резонансно-туннельные приборы 234
5.2. Одноэлектронные приборы 248
5.3. Спинтронные приборы 260
5.4. Полупроводниковые фотоприборы 268
5.5. Полупроводниковые инжекционные лазеры и светодиоды 290
Контрольные вопросы и задания 316
Глава 6. Базовые логические элементы квантовых компьютеров 318
6.1. Общие сведения о квантовых компьютерах 318
6.2. Базовые элементы полупроводникового кремниевого квантового компьютера на основе ядерно-магнитного резонанса 324
6.3. Базовые элементы для квантовых компьютеров на квантовых точках 331
6.4. Логические элементы квантовых компьютеров на сверхпроводниках 335
Контрольные вопросы и задания 341
Глава 7. Сверхпроводимость и электронные устройства на сверхпроводниках 342
7.1. Основные свойства сверхпроводящего состояния 342
7.2. Сверхпроводники 1-го и 2-го рода 355
7.3. Джозефсоновские переходы и их модели 364
7.4. Аналоговые сверхпроводниковые устройства 374
7.5. Криотроны, логические элементы и элементы памяти на джозефсоновских переходах 383
7.6. Электронные устройства, использующие ВТСП 389
Контрольные вопросы и задания 390
Глава 8. Нанобиоэлектроника 391
8.1. Общие положения и термины 391
8.2. Электропроводные свойства ДНК 394
8.3. Приборы на основе биоэлектроники 396
8.4. Конечный биоавтомат Шапиро 401
Контрольные вопросы и задания 403
Литература 404