​Российские ученые впервые описали топологическую электронную структуру моносилицида кобальта и обнаружили, что материал относится к новому типу полуметаллов. Результаты исследования описаны в журнале Journal of Physics: Condensed Matter. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Поведение электронов в любом твердом теле (металле, полупроводнике, диэлектрике) определяется законом дисперсии — зависимостью энергии частицы от ее импульса. Внутри кристаллической решетки твердого тела электроны и другие частицы ведут себя иначе, чем в свободном состоянии. Например, в графене (двумерной модификации графита) закон дисперсии таков, что эффективная масса носителей заряда обращается в ноль, и этим объясняются уникальные проводящие свойства этого материала. Известны также полуметаллы Вейля, электронный спектр которых является трехмерным аналогом спектра графена. Носители заряда в них называются фермионами Вейля. Авторы исследования обнаружили новый тип полуметалла, закон дисперсии в котором отличается от всех ранее известных.

Ученые из Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе совместно с коллегой из Университета Уотерлу (Канада) выполнили первопринципные вычисления (то есть расчеты, не использующие упрощающих моделей) электронной структуры моносилицида кобальта (CoSi). Оказалось, что это соединение относится к совершенно новому типу полуметаллов — веществ, занимающих промежуточное положение между металлами и полупроводниками.


«Моносилицид кобальта давно известен как перспективный для термоэлектрических применений полуметалл. В первоначальных исследованиях предполагалось, что энергетический спектр электронов соответствует типичным полуметаллам. Однако тип и симметрия кристаллической решетки этого соединения указывают на то, что этот материал может иметь топологически нетривиальную электронную структуру. Это обстоятельство явилось для нас основанием для теоретических и экспериментальных исследований моносилицида кобальта», — рассказал Александр Бурков, один из авторов исследования, заведующий лабораторией физики термоэлементов физико-технического института им. А. Ф. Иоффе.


Необычные топологические свойства электронной структуры могут возникать только при определенной симметрии кристаллической решетки полуметалла. Исследование электронной структуры моносилицида кобальта показало, что носители заряда в нем имеют свойства, отчасти подобные свойствам фермионов Вейля. Однако электронный спектр в новом материале значительно отличается от свойств полуметаллов Вейля, и других известных полуметаллов, поэтому носители заряда в таких материалах называют «новыми фермионами».

В дальнейших исследованиях ученые надеются определить возможные практические применения нового типа материала и экспериментально исследовать его топологические свойства. Предварительные экспериментальные исследования электронных и тепловых свойств соединения при низких температурах уже позволили обнаружить ряд необычных особенностей, которые могут быть связаны с необычной топологией электронной структуры.


«Сейчас мы исследуем транспортные свойства моносилицида кобальта и его сплавов с железом. Ведется подготовка экспериментального исследования электронной структуры с помощью фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Кроме того, с практической точки зрения, важным является исследование природы высокой для полуметаллов термоэлектродвижущей силы в данном материале, ее зависимости от температуры и состава при образовании изоструктурных твердых растворов с замещением атомов кобальта на атомы железа и никеля», — добавил ученый. 

Похожие новости

  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1234
  • 18/07/2017

    Ученые из Пущино при поддержке РНФ разрабатывают лечение травм мозга

    Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) под руководством кандидата биологических наук Антона Малькова разработают терапию болезней мозга, вызванных тяжелыми травмами.
    612
  • 07/07/2017

    Сотрудники Центра нелинейной фотоники и квантовых технологий НГУ выиграли престижные гранты РНФ

    ​Сотрудники недавно созданного Центра нелинейной фотоники и квантовых технологий НГУ выиграли престижные гранты Российского научного фонда.  Российский научный фонд осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
    540
  • 21/07/2015

    Сибирские ученые разрабатывают биосовместимые сплавы

    ​Наиболее эффективные решения сложных проблем часто рождаются на стыке нескольких научных направлений. Яркое подтверждение этому - междисциплинарный проект, поддержанный РНФ, в реализации которого участвуют сразу три научных института - Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Институт сильноточной электроники СО​ РАН и Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАНВ 1959 году Уильям Дж.
    988
  • 25/08/2017

    Молодые физики ТГУ получили новый грант РНФ за создание светодиодов на органике

    Коллектив молодых ученых физического факультета под руководством доцента Рашида Валиева получил поддержку Российского научного фонда на реализацию проекта «Новые электролюминесцентные материалы для создания высокоэффективных органических светодиодов (OLEDs)».
    543
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    1269
  • 13/01/2016

    В Томском политехническом университете создают "батарейки" для жилых домов

    ​Ученые ТПУ разработали топливные ячейки, снижающие затраты на выработку электрической и тепловой энергии. Они имеют повышенный коэффициент полезного действия и почти не загрязняют атмосферу. "Батарейки", созданные политехниками и работающие на природном газе, можно будет использовать для энергоснабжения отдельных зданий, в том числе в отдаленных районах.
    1221
  • 16/09/2016

    Российские ученые создали прибор для измерения длины сгустка частиц в ускорите

    ​Ученые Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) при поддержке гранта РНФ разработали новое поколение высокоскоростных электронно-оптических приборов для диагностики пучков в ускорителях заряженных частиц - диссектор на основе стрик-камеры.
    1351
  • 12/11/2015

    Новосибирские математики просчитают, как добывать нефть на Крайнем Севере

    ​Группа ученых Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН разрабатывает новые вычислительные методы и алгоритмы для создания трехмерных моделей нефтяных пластов с учетом специфики районов вечной мерзлоты.
    1620
  • 04/08/2017

    Новосибирские ученые исследуют новые типы волоконных лазеров для линий связи

    Ученые НГУ, выигравшие грант Российского научного фонда (РНФ), намерены создать новый тип волоконных лазеров для высокоскоростных линий связи. Успешная реализация проекта позволит применить разработанные лазеры в качестве задающих источников информационного сигнала в телекоммуникационных системах на основе суперканалов.
    770