​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.
    1781
  • 23/07/2018

    Российские физики создали суперлюминесцентный световод для космических аппаратов

    Оптоволокно с добавкой висмута может стать мощным суперлюминесцентным источником излучения для инструментов и приборов, работающих в космосе.   Исследователи из Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН и Института химии высокочистых веществ им.
    298
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    337
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    744
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    285
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    558
  • 19/12/2018

    Определена оптимальная форма Т-образных микромиксеров

    Ученые из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Новосибирска провели численное моделирование перемешивания жидкостей в Т-образных микромиксерах и определили их оптимальную форму.
    613
  • 27/08/2018

    Электрон может проявлять волновые свойства даже при высоких энергиях

    ​Российские ученые выяснили, что так называемый закрученный электрон может вести себя как волна даже при высоких энергиях, в то время как волновые свойства обычных электронов теряются при ускорении. Проверить полученные результаты ученые планируют с помощью экспериментов на современных коллайдерах.
    254
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    270
  • 29/12/2018

    Самый большой российский телескоп будет изучать массивные звезды

    ​В Нижнем Архызе начались плановые астрономические наблюдения на БТА с обновленным шестиметровым зеркалом. Российские астрономы ждали этого больше 10 лет. В Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук (САО РАН), что находится в Нижнем Архызе в Карачаево-Черкесии, наконец-то возобновились плановые наблюдения на Большом азимутальном телескопе (БТА) с самым большим в Евразии шестиметровым зеркалом.
    681