​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

  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    368
  • 09/01/2018

    Геофизики исследовали космические хоры в радиационном поясе Земли

    ​Ученые из Полярного геофизического института исследуют низкочастотные сигналы, которые способны влиять на радиационный пояс Земли. Прогноз поведения пояса позволит минимизировать вред от космической радиации для спутников и космонавтов.
    432
  • 20/07/2018

    Ученые исследуют распространение тепла в сверхчистых кристаллах

    Ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали математическую модель процессов, происходящих при распространении тепла в сверхчистых кристаллах. Это откроет перспективы создания новых материалов для использования в охлаждающих контурах различного оборудования.
    116
  • 13/08/2018

    Профессор Вячеслав Сторчак: необходимо интегрировать новые направления с кремниевыми технологиями

    Информационные технологии развиваются столь быстрыми темпами, что человечество не всегда успевает на эти изменения реагировать. Все это - во многом благодаря новым материалам с принципиально новыми свойствами.
    108
  • 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.
    106
  • 17/08/2018

    Двухслойная мембрана позволит получить особо чистый кислород

    ​Российские ученые разработали новую двухслойную мембрану для получения особо чистого кислорода из воздуха. Ее можно использовать в микро- и наноэлектронике, фармацевтической промышленности и биотехнологии.
    91
  • 10/05/2018

    ​Российские ученые разработали новый тип оптического волокна для лазеров

    ​Российские физики разработали новый тип оптического волокна для лазеров, излучающих в области 1,6–1,8 микрометров, и изучили его уникальные характеристики. Работа проводится впервые в мире, а ее результаты опубликованы в журнале IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.
    225
  • 05/04/2018

    Российские ученые создали первый «настоящий» 3D-принтер

    ​Российские биологи и физики создали уникальные наночастицы, позволяющие печатать трехмерные структуры произвольной формы и любых размеров в один присест с помощью обычного инфракрасного лазера.
    349
  • 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.
    75
  • 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.
    1330