Группа ученых из России и Германии, в которую вошли ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, обнаружила новые особенности протекания фототока в топологических изоляторах. Результаты работы, которая продолжает предыдущие исследования коллаборации специалистов, опубликованы в журнале Scientific Reports. Проект поддержан грантом Российского научного фонда. 

Топологические изоляторы ― соединения, проводящие электрический ток только по своей поверхности. При этом, даже если нарушить ее целостность, это не повлияет на протекание тока. В новой работе ученые установили, что несимметричная фотопроводимость (фототок) возникает на границе «топологический изолятор ― прямозонный полупроводник». Ранее считалось, что несимметричная фотопроводимость может возникать на краю топологического изолятора независимо от состава следующего слоя, например на границе «топологический изолятор ― вакуум». Новые данные важны для понимания физики топологических изоляторов ― одной из самых горячих тем современной науки. 

Ученые обнаружили новый эффект, облучая лазером многослойную полупроводниковую наноструктуру — твердый раствор теллурида кадмия ртути. Топологический изолятор в наноструктуре — это тонкая пленка с определенным содержанием кадмия и теллура. Несимметричная фотопроводимость возникала на границе между двумя слоями твердого раствора. 

Наноструктуру вырастили специалисты ИФП СО РАН методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Общая толщина активных слоев, где наблюдалась несимметричная фотопроводимость, — меньше шести микрон. Для синтеза подобных структур, где состав варьируется на уровне отдельных атомов, необходима высокая квалификация исследователей.

«Наш вклад в работу ― выращивание таких гетероструктур с изменением состава и созданием слоев теллурида кадмия ртути переменного состава, при переходе от прямозонного электронного спектра к инверсному и далее, опять к прямозонному, в едином технологическом процессе, ― объясняет ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Сергей Алексеевич Дворецкий. ― Именно в этих образцах наблюдалась терагерцовая фотопроводимость за счет краевой проводимости (не объемной или поверхностной)». 

Полупроводник с прямозонным электронным спектром, упрощенно говоря, — это привычный, хорошо изученный материал, удобный для создания фотодиодов, фоторезисторов. А полупроводник с инверсным (перевернутым) электронным спектром — топологический изолятор, на его поверхности возникают топологические электронные состояния, не зависящие от дефектов последней.

«Наиболее вероятный кандидат для появления несимметричной фотопроводимости ― интерфейс между начальным слоем прямозонного теллурида кадмия ртути и инверсным. К тому же, что необычно для таких систем, фототоки являются хиральными, то есть проходят вокруг образца вдоль его края и меняют направление на противоположное при изменении знака напряжения или смещении магнитного поля. Тем не менее удовлетворительного объяснения этим наблюдениям пока нет», ― отмечает Сергей Дворецкий.

«О практическом использовании топологических изоляторов на сегодняшний день говорить преждевременно. Однако наличие в них особых электронных состояний делает их привлекательными для использования в электронике, ведь это свойство позволяет материалу эффективно проводить электрический ток. Кроме того, такие состояния очень устойчивы к различным повреждениям: например, если испортить поверхность полупроводника, они никуда не исчезнут. Однако, чтобы использовать ценные свойства топологических изоляторов на практике, необходимо еще много серьезных исследований», — цитирует пресс-служба Российского научного фонда руководителя гранта РНФ, руководителя лаборатории физики полупроводников физического факультета Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова профессора, члена-корреспондента РАН Дмитрия Ремовича Хохлова.

Пресс-служба ИФП СО РАН
 

Похожие новости

  • 08/07/2021

    Как использовать электрон с нулевой эффективной массой

     Некоторые многослойные полупроводники обладают необычным свойством — несимметричной проводимостью. Теперь ученые выяснили, где именно возникает этот эффект. Оказалось, что он зарождается только на особой границе между твердыми «слоями» полупроводника, которые отличаются по электронным свойствам.
    231
  • 21/10/2020

    ИК СО РАН и МИСиС создали совместную лабораторию

    ​В НИТУ «МИСиС» создана научно-исследовательская лаборатория MISIS Catalysis Lab, созданная совместно с Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (г. Новосибирск). Основное направление деятельности — решение практических задач в области химического синтеза, промышленного катализа и аддитивных технологий.
    682
  • 07/11/2019

    Масштабный проект по созданию квантового компьютера запускает Росатом

    Госкорпорация "Росатом" запустила масштабный проект по созданию отечественного квантового компьютера и библиотеки квантовых алгоритмов. Проектный офис по реализации этой инициативы, чей бюджет составит 24 млрд рублей, возглавил Руслан Юнусов, генеральный директор Российского квантового центра.
    1475
  • 13/03/2020

    Первый отечественный детектор для системы квантовой связи создают в России

    ​Группа российских ученых разрабатывает первый отечественный детектор одиночных фотонов для использования в линии квантовой связи. Устройство позволит в несколько раз повысить качество и устойчивость связи и существенно сократить размеры оборудования для квантовой передачи информации, сообщили в четверг ТАСС в пресс-службе Российской венчурной компании (РВК).
    874
  • 24/12/2019

    Математики изучили поведение экситонов в материалах для наноэлектроники

    ​Сибирским и немецким исследователям удалось построить модель и вычислить поведение экситонов — квазичастиц, с которыми связывают будущее электронных приборов, в частности квантовых компьютеров и смартфонов.
    702
  • 22/04/2021

    Сибирские физики нашли способ многократно увеличить эффективность фотодетекторов и излучателей в инфракрасном диапазоне

    ​Об этом рассказал президент Российской академии наук академик Александр Сергеев на общем собрании РАН. Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН разработали наноструктуры с квантовыми точками «германий в кремнии» с контролируемыми параметрами и модифицировали эти структуры металлическими метаповерхностями.
    563
  • 18/10/2017

    Российские ученые напечатали из графена элементы электронных устройств будущего

    Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН разработали метод печати надежных устройств для гибкой электроники на 2D-принтере. Для этого они получили новый диэлектрический материал — фторированный графен.
    1725
  • 17/05/2021

    В стремлении к свету. Сибирские физики многократно повысили эффективность оптических приборов

    Кремниевые технологии – вершина того, что разработано для микро- и наноэлектроники. Но, по оценкам ученых, функциональные пределы кремниевой элементной базы совсем скоро будут достигнуты. Поэтому уже сегодня ученые всего мира создают структуры, работающие на основе новых физических принципов, в частности, с использованием квантовых эффектов.
    693
  • 16/07/2020

    ИФП СО РАН: подробности о деятельности подразделений и перспективах для молодых сотрудников

    ​Принять новых сотрудников готовы двадцать семь научных подразделений института, среди которых две молодежные лаборатории ― ближнепольной оптической спектроскопии и наносенсорики и нанотехнологий и наноматериалов.
    1198
  • 29/01/2020

    Новосибирские ученые исследуют действие холодной плазмы на раковые клетки

    Совместный проект Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, Института теоретической и прикладной механики СО РАН направлен на развитие оригинального метода противораковой терапии с использованием холодной плазменной струи.
    1748