ГОСТ Р 57257-2016 Нанотехнологии. Часть 12. Квантовые явления. Термины и определения

2.1 длина волны де Бройля: Длина волны любой частицы, отражающая ее волновые свойства, и значение которой вычисляют по формуле, выведенной Л. де Бройлем.

de Broglie wavelength

Примечание - Формула де Бройля для вычисления длины волны частицы

,

(1)

где - длина волны частицы;

- постоянная Планка;

- импульс частицы.

2.2 квантование: Процесс, в результате которого получают квантованные физические величины.

quantization

2.3 квантованная величина: Дискретное значение физической величины, кратное ее элементарному количеству.

quantized

2.4 квантовая когерентность: Коррелированное изменение фазы волновой функции системы в состоянии квантовой суперпозиции (2.9).

quantum coherence

2.5 квантовый захват, квантовый конфайнмент: Ограничение движения частицы в одном, двух или трех пространственных измерениях при условии, что размерные параметры физической системы и длина волны де Бройля (2.1) частицы находятся в пределах одного порядка [2].

quantum confinement

Примечание - Основные характерные длины для возникновения квантового захвата: длина волны де Бройля, длина волны Ферми, средняя длина свободного пробега, боровский радиус (для экситонов) или длина их когерентности.

2.6 квантовая запутанность: Квантовое явление, при котором квантовые состояния двух или более частиц являются взаимозависимыми [3], [5].

quantum entanglement

Примечание - Квантовую запутанность описывают квантовым состоянием частиц в целом, а не квантовым состоянием отдельных частиц.

2.7 квантовая интерференция: Когерентная суперпозиция волновых функций (2.14) (квантовых состояний) физической системы.

quantum interference

2.8 квантовое число: Число, определяющее одно из возможных дискретных значений физической величины, используемой для описания квантовой системы [3], [5]-[7].

quantum number

Примечания

1 Некоторые квантовые числа используют для описания пространственного распределения волновой функции частицы.

2 Некоторые квантовые числа используют для описания собственного ("внутреннего") состояния частицы, например, величина и направление спина и т.д.

3 Квантовое состояние электрона в атоме описывают следующими четырьмя квантовыми числами: главным квантовым числом, азимутальным квантовым числом, магнитным квантовым числом и спиновым квантовым числом.

2.9 квантовая суперпозиция: Линейная суперпозиция (или линейная комбинация) волновых функций (2.14).

quantum superposition

Примечания

1 В квантовой механике принцип суперпозиции - один из основных постулатов, определяющий любую линейную суперпозицию (или линейную комбинацию) волновых функций как волновую функцию физической системы.

2 Волновой функцией описывают состояние физической системы в любой момент времени.

2.10 квантовое туннелирование: Преодоление частицей потенциального барьера в случае, когда ее полная энергия меньше высоты барьера [1], [3], [4].

quantum tunneling

Примечания

1 Туннелирование - квантовое явление (3.8), не имеющее классического аналога. Классическая частица с энергией E не может находиться внутри потенциального барьера высотой V, если E меньше V, так как кинетическая энергия частицы становится при этом отрицательной.

2 В соответствии с принципом квантовой неопределенности существует вероятность преодоления любой элементарной частицей потенциального барьера.

2.11 квазичастица: Элементарное возбуждение, или иначе квант коллективных колебаний, системы сильновзаимодействующих частиц [1]-[3], [5].

quasi-particle

Примечание - К квазичастицам относят экситоны, фононы, плазмоны, магноны, поляритоны и т.д.

2.12 кубит; квантовый бит: Основная единица представления квантовой информации (6.8), реализуемая двумя состояниями квантовой системы, находящейся в одном из состояний или в суперпозиции обоих состояний [1]-[3], [5], [8].

qubit; quantum bit

2.13 поверхностный плазмон: Квазичастица (2.11), отвечающая квантованию (2.2) поверхностных плазменных колебаний.

surface plasmon

2.14 волновая функция: Математическая функция, используемая для полного описания состояния квантовой системы и содержащая всю информацию об измеряемых физических величинах системы.

wave function

Примечания

1 Волновую функцию также называют "вектором состояния", ее выражают значениями амплитуд вероятностей, которые непосредственно не измеримы.

2 Термин "состояние квантовой системы" является синонимом термина "квантовое состояние".

3.1 эффект Ааронова-Бома*: Квантовое явление, при котором электромагнитные потенциалы влияют на частицы даже в тех областях пространства, где напряженность электрического поля и индукция магнитного поля равны нулю.

Aharonov-Bohm effect

_______________

* Пояснение разработчика: данное квантовое явление получило свое наименование по именам ученых Я.Ааронова и Д.Бома, описавших его в 1959 г.

3.2 баллистический перенос; баллистический транспорт: Режим движения частиц без рассеяния при условии, что характерные длины физической системы, в которой рассматривают перенос частиц, меньше длины свободного пробега частиц.

ballistic transport

3.3 эффект Казимира**: Явление взаимного притяжения незаряженных проводящих объектов, помещенных в вакуум, возникающее из-за квантовых флуктуаций вакуума [3], [5].

Casimir effect

_______________

** Пояснение разработчика: данное явление получило свое наименование по имени ученого X.Казимира, описавшего его в 1948 г.

Примечания

1 Эффект Казимира у макроскопических объектов проявляется незначительно. У нанообъектов наблюдается значительное проявление эффекта Казимира, поэтому его следует учитывать при проектировании наноэлектромеханических систем (НЭМС).

2 Существуют также "силы отталкивания Казимира", проявляющиеся в зависимости от свойств и геометрических параметров взаимодействующих объектов и условий эксперимента.

3.4 когерентный перенос: Режим движения частиц с четко определенной фазой, при условии, что характерные длины физической системы, в которой рассматривают перенос частиц, меньше длины фазовой когерентности частиц.

coherent transport

3.5 кулоновская блокада: Блокирование туннелирования электронов в квантовой точке (4.1) через туннельный переход, происходящее вследствие принципа Паули*** и кулоновского отталкивания электронов.

Coulomb blockade

_______________

*** Пояснение разработчика: принцип Паули - один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому две тождественные частицы с полуцелым спином не могут одновременно находиться в одном состоянии. Данный принцип получил свое наименование по имени ученого В.Паули, сформулировавшего его в 1925 г.

Примечания

1 Кулоновская блокада возникает вследствие квантования заряда. Явление кулоновской блокады используют для управления электронным переносом в одноэлектронных транзисторах (ОЭТ).

2 Типичным примером проявления кулоновской блокады является двойной туннельный переход, представляющий собой маленький проводящий островок (квантовую точку), соединенный с металлическими контактами с помощью двух туннельных переходов [1].

3.6 наномагнетизм: Магнитные свойства наноструктурированных материалов или устройств, имеющих компоненты размерами в нанодиапазоне.

nanomagnetism

3.7

наноразмерный эффект: Эффект, присущий нанообъекту или области с размерами в нанодиапазоне [3], [4].

[ISO/TS 80004-1:2010, статья 2.13]

nanoscale phenomenon

3.8 квантовое явление; квантовый эффект: Физический эффект, возникающий вследствие проявления квантовых свойств частиц и их взаимодействия, вторичных эффектов квазичастиц (2.11) в физической системе, который исчезает в классическом пределе.

quantum phenomenon; quantum effect

Примечания

1 Не все квантовые явления проявляются в нанодиапазоне.

2 Не все явления, проявляющиеся в нанодиапазоне, обусловлены квантовыми эффектами.

3.9 квантовый эффект Холла: Эффект Холла в квантовой механике, в котором проводимость Холла выражена дискретными значениями, кратными значениям кванта проводимости.

quantum Hall effect

Примечание - Если кратные отношения выражены целыми числами, то квантовый эффект Холла называют "целочисленным квантовым эффектом Холла", а если рациональными дробями, то - "дробным квантовым эффектом Холла".

3.10 квантовый размерный эффект: Явление возникновения квантового захвата (2.5) при определенных размерах физической системы.

quantum size-effect

3.11 поверхностный плазменный резонанс: Возбуждение поверхностного плазмона (2.13) на его резонансной частоте под воздействием внешнего электромагнитного поля.

surface plasmon resonance

4.1 квантовая точка: Наночастица или область, в которой происходит квантовый захват (2.5) частиц во всех трех пространственных измерениях [1]-[3], [5], [8].

quantum dot

4.2 квантовая яма: Потенциальная яма, в которой происходит квантовый захват (2.5) частиц в одном измерении.

quantum well

Примечание - Термин "квантовая яма" иногда применяют для обозначения явлений, происходящих не только в одном измерении.

4.3 квантовая проволока; квантовая струна: Проводящая квазиодномерная физическая система, в которой свободное перемещение частиц происходит только в одном измерении, а квантовый захват (2.5) - в двух других измерениях.

quantum wire; quantum string

5.1 фотонный кристалл: Материал, имеющий структуру с периодическим изменением показателя преломления в пространственных измерениях вследствие возникновения фотонных запрещенных зон (5.2) [1]-[3], [8].

photonic crystal

5.2 фотонная запрещенная зона: Диапазон длин волн светового излучения с любой поляризацией, в котором не происходит распространение светового излучения, имеющего длину волны в пределах этого диапазона, во всех пространственных измерениях.

photonic band gap

5.3 квантовая гетероструктура: Структура, состоящая из двух или более различных материалов, в переходных слоях которой может происходить квантовый захват (2.5).

quantum heterostructure

Примечания

1 К квантовым гетероструктурам относят некоторые квантовые точки (4.1), квантовые проволоки (4.3), квантовые ямы (4.2) и сверхрешетки (5.4).

2 Квантовые гетероструктуры изготавливают методами физического и химического осаждения.

5.4 сверхрешетка: Твердотельная структура, в которой помимо периодического потенциала кристаллической решетки присутствует дополнительный потенциал, период которого существенно превышает постоянную решетки [3], [5].

superlattice

Примечание - Твердотельная структура обычно состоит из чередующихся слоев различных материалов одинаковой толщины с периодичностью, превышающей постоянную решетки отдельного слоя.

5.5 гигантское магнитное сопротивление; гигантское магнетосопротивление; ГМС: Квантовое явление (3.8), заключающееся в существенном изменении электрического сопротивления материала под воздействием магнитного поля [2], [3], [5].

giant magnetore-sistance; GMR

Примечания

1 ГМС наблюдают в многослойных пленках с чередующимися тонкими слоями ферромагнитных и немагнитных металлов, в том числе в гетероструктурах.

2 Существует термин "колоссальное магнетосопротивление" (КМС), который используют для обозначения огромного магнетосопротивления "негетероструктур". Значение КМС некоторых материалов существенно превышает (на несколько порядков) значение ГМС.

5.6 квантово-структурный эффект: Квантовый эффект (3.8), возникающий из-за особенностей внутренней или поверхностной структуры материала.

quantum structural effect

6.1 молекулярная электроника: Раздел электроники, изучающий методы проектирования и изготовления электронных устройств, в которых в качестве компонентов использованы молекулы.

molecular electronics

Примечание - Некоторые молекулы перестраивают перед их применением в качестве активных компонентов электронных устройств.

6.2 наноэлектроника: Раздел электроники, изучающий методы проектирования и изготовления функциональных электронных устройств, компоненты которых имеют размеры в нанодиапазоне.

nanoelectronics

6.3 нанофотоника: Раздел фотоники, изучающий методы проектирования и изготовления оптических или оптоэлектронных компонентов, основанные на взаимодействии фотонов с наноматериалами.

nanophotonics

6.4 плазмоника: Наука, изучающая поверхностные плазмоны (2.13) и возможность их практического применения.

plasmonics

6.5 квантовое вычисление: Представление и обработка данных с использованием квантовых явлений.

quantum computing

6.6 квантовая криптография; квантовое распределение ключей: Раздел криптографии, изучающий методы обеспечения конфиденциальности, целостности и аутентификации данных с использованием квантовых явлений.

quantum cryptography; quantum key distribution

6.7 квантовая электроника: Раздел электроники, изучающий методы проектирования и изготовления электронных устройств, основанные на усилении и генерировании электромагнитного излучения вследствие квантовых переходов в неравновесных квантовых системах.

quantum electronics

6.8 квантовая информация: Данные, закодированные и переданные с использованием квантовых явлений.

quantum information

6.9 квантовое сверхплотное кодирование: Способ преобразования двух битов классической информации в один кубит квантовой информации, благодаря явлению квантовой запутанности.

quantum superdense coding

6.10 квантовая телепортация: Явление передачи квантового состояния из одного положения в пространстве в другое по классическим каналам связи.

quantum teleportation

6.11 одноэлектронная электроника: Раздел электроники, изучающий методы проектирования и изготовления электронных устройств, основанные на манипулировании отдельными электронами при туннелировании и кулоновской блокаде (3.5).

single electron electronics

6.12 спинтроника; спиновая электроника: Раздел электроники, изучающий методы проектирования и изготовления электронных устройств, основанные на явлении спинового переноса заряда (спин-поляризованный перенос) и спиновой инжекции в твердотельных материалах [2], [3], [5], [8], [9].

spintronics; spin electronics

А.1 эффект Холла*: Явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле, открытое Э.Холлом [3], [4].

Hall effect

_______________

* Пояснение разработчика: данное явление получило свое наименование по имени ученого Э.Холла, открывшего его в 1879 г.

А.2 гетероструктура: Искусственная слоистая структура, изготовленная из различных материалов, на границе раздела которых сформирован переходный слой [5].

heterostructure

A.3 принцип неопределенности Гейзенберга: Фундаментальное неравенство (соотношение неопределенностей), устанавливающее предел точности одновременного измерения пары (или канонически сопряженных) переменных в одном и том же эксперименте, открытое В.Гейзенбергом.

Heisenberg's uncertainty principle

Примечание - Самые известные пары переменных - "энергия/время" и "линейный импульс/местоположение".

Термин

Отнесение термина к общему понятию

Область применения

Виды нанопродукции

Эффект Аронова-Бома

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Баллистический перенос

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Эффект Казимира

Изготовление материалов

Электромеханические устройства, НЭМС, сенсоры и др.

Когерентный перенос

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Кулоновская блокада

Электроника

Электронные устройства (одноэлектронный транзистор), сенсоры и др.

Длина волны Де Бройля

x

Гигантское магнетосопротивление

Изготовление материалов

Устройства магнитной записи/хранения информации, сенсоры и др.

Молекулярная электроника

Электроника

Электронные устройства, сенсоры и др.

Наноэлектроника

Электроника

Электронные устройства, сенсоры и др.

Наномагнетизм

Изготовление материалов

Устройства магнитной записи/хранения информации, сенсоры и др.

Нанофотоника

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

Наноразмерный эффект

Изготовление материалов

Фотонная запрещенная зона

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

Фотонный кристалл

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

Плазмоника

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

Квантование

x

Квантованная величина

x

Квантовый бит

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая когерентность

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовое вычисление

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовый захват

x

Изготовление материалов

Лазеры на квантовых ямах и др.

Квантовая криптография

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая декогерентность

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая точка

Изготовление материалов

Контрастные агенты, используемые для усиления изображения при проведении биомедицинских исследований, внутриклеточные детекторы/сенсоры биомолекулярных взаимодействий в режиме реального времени, устройства для маркировки стволовых клеток, датчики экспрессии генов, приборы для обнаружения мутаций дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), оборудование для фотодинамической терапии (ФДТ), квантовые компьютеры и др.

Квантовый эффект

Изготовление материалов

Квантовая электроника

Электроника

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантовая запутанность

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовый эффект Холла

Изготовление материалов

Датчики с эффектом Холла и др.

Квантовая гетероструктура

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантовая информация

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая интерференция

x

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантовое распределение ключей

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовое число

x

Квантовое явление

Изготовление материалов

Квантовый размерный эффект

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантовая струна

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантово-структурный эффект

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квантовое сверхплотное кодирование

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая суперпозиция

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Квантовая телепортация

Электроника

Квантовые компьютеры

Квантовое туннелирование

x

Изготовление материалов

Полевые транзисторы и др.

Квантовая яма

Изготовление материалов

Лазеры на квантовых ямах и др.

Квантовая проволока

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Квазичастица

x

Кубит

x

Квантовые информационные технологии

Квантовые компьютеры

Одноэлектронная электроника

Электроника

Электронные устройства (одноэлектронный транзистор), сенсоры и др.

Спиновая электроника

Электроника

Электронные устройства, сенсоры и др.

Спинтроника

Электроника

Электронные устройства, сенсоры и др.

Сверхрешетка

Изготовление материалов

Электронные устройства, сенсоры и др.

Поверхностный плазмон

x

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

Поверхностный плазмонный резонанс

Оптические телекоммуникации

Фотонные интегральные схемы, сенсоры и др.

бит квантовый

2.12

блокада кулоновская

3.5

величина квантованная

2.3

вычисление квантовое

6.5

гетероструктура

А.2

гетероструктура квантовая

5.3

ГМС

5.5

длина волны де Бройля

2.1

запутанность квантовая

2.6

захват квантовый

2.5

зона запрещенная фотонная

5.2

интерференция квантовая

2.7

информация квантовая

6.8

квазичастица

2.11

квантование

2.2

когерентность квантовая

2.4

кодирование квантовое сверхплотное

6.9

конфайнмент квантовый

2.5

криптография квантовая

6.6

кристалл фотонный

5.1

кубит

2.12

магнетосопротивление гигантское

5.5

наномагнетизм

3.6

нанофотоника

6.3

наноэлектроника

6.2

перенос баллистический

3.2

перенос когерентный

3.4

плазмон поверхностный

2.13

плазмоника

6.4

принцип неопределенности Гейзенберга

А.З

проволока квантовая

4.3

распределение ключей квантовое

6.6

резонанс поверхностный плазмонный

3.11

сверхрешетка

5.4

сопротивление магнитное гигантское

5.5

спинтроника

6.12

струна квантовая

4.3

суперпозиция квантовая

2.9

телепортация квантовая

6.10

точка квантовая

4.1

транспорт баллистический

3.2

туннелирование квантовое

2.10

функция волновая

2.14

число квантовое

2.8

электроника квантовая

6.7

электроника молекулярная

6.1

электроника одноэлектронная

6.11

электроника спиновая

6.12

эффект Ааронова-Бома

3.1

эффект Казимира

3.3

эффект квантово-структурный

5.6

эффект квантовый размерный

3.10

эффект квантовый

3.8

эффект наноразмерный

3.7

эффект Холла

A.1

эффект Холла квантовый

3.9

явление квантовое

3.8

яма квантовая

4.2

Aharonov-Bohm effect

3.1

ballistic transport

3.2

Casimir effect

3.3

coherent transport

3.4

Coulomb blockade

3.5

De Broglie wavelength

2.1

giant magnetoresistance

5.5

GMR

5.5

Hall effect

A.1

Heisenberg's uncertainty principle

A.3

heterostructure

A.2

molecular electronics

6.1

nanoelectronics

6.2

nanomagnetism

3.6

nanophotonics

6.3

nanoscale phenomenon

3.7

photonic band gap

5.2

photonic crystal

5.1

plasmonics

6.4

quantization

2.2

quantized

2.3

quantum bit

2.12

quantum coherence

2.4

quantum computing

6.5

quantum confinement

2.5

quantum cryptography

6.6

quantum dot

4.1

quantum effect

3.8

quantum electronics

6.7

quantum entanglement

2.6

quantum Hall effect

3.9

quantum heterostructure

5.3

quantum information

6.8

quantum interference

2.7

quantum key distribution

6.6

quantum number

2.8

quantum phenomenon

3.8

quantum size-effect

3.10

quantum string

4.3

quantum structural effect

5.6

quantum superdense coding

6.9

quantum superposition

2.9

quantum teleportation

6.10

quantum tunneling

2.10

quantum well

4.2

quantum wire

4.3

quasi-particle

2.11

qubit

2.12

single electron electronics

6.11

spin electronics

6.12

spintronics

6.12

superlattice

5.4

surface plasmon

2.13

surface plasmon resonance

3.11

wave function

2.14

[1]

Nanotechnology, metrology, standardization and certification in terms and definitions, edited by Kovalchuk M.V. and Todua P.A., red. Tekhnosfera, 2009

[2]

Glossary of nanotechnology and related terms, http://eng.thesaurus.rusnano.com

[3]

McGraw-Hill dictionary of scientific and technical terms. McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

[4]

Prokhorov A.M., Physical Encyclopedia: M: Big Russian Encyclopedia, 1994

[5]

Encyclopedia Britannica. Encyclopedia Britannica Online. Encyclopedia Britannica Inc., 2013

[6]

The American Heritage and reg; Dictionary of the English Language. Houghton Mifflin Company, Fourth Edition, 2004

[7]

Smith A.D. Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology, Oxford University Press. © 1997, 2000, 2006

[8]

Computer Desktop Encyclopedia Computer Language Company Inc., 2013

[9]

The Columbia Encyclopedia. Columbia University Press, Sixth Edition, 2013

УДК 53.04:006.354

ОКС 01.040.07

Т00

07.030

Ключевые слова: нанотехнологии, квантовые явления, термины, определения