Физики из Принстонского университета (США) определили поверхностную подвижность носителей заряда в кристалле теллурида висмута Bi₂Te₃.

Теллурид висмута относится к узкозонным полупроводникам и известен в качестве термоэлектрического материала. Его также причисляют к топологическим изоляторам — сравнительно недавно открытому классу материалов, проявляющих диэлектрические свойства в объёме, но позволяющих электронам свободно перемещаться у поверхности. Топологические изоляторы считаются перспективными кандидатами на роль сверхтонких проводников, соединяющих наноразмерные устройства; кроме того, существуют проекты их применения в спинтронике.

Ранее исследования этих материалов проводились по методикам сканирующей туннельной спектроскопии или фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Они позволяют оценить структуру электронных энергетических зон, которую затем можно сравнить с теоретическими предсказаниями для топологических изоляторов, но не дают возможности прямо измерять поверхностную проводимость.

Авторы, работавшие с небольшими высококачественными образцами Bi₂Te₃, решили проблему непосредственного измерения. Создавая шесть контактов (см. рис. ниже) и помещая кристаллы в магнитное поле, учёные двумя разными способами оценивали поверхностную подвижность электронов. Обе методики дали значение (9 000–10 000) см²•В^-1•с^-1, что примерно в 12 раз превышает величину, измеряемую в объёме кристаллов.

Рис. 1. Участница исследования Дун-Ся Ку (Dong-Xia Qu). На заднем плане — экспериментальная установка. (Фото N. P. Ong).

Не принимавший участия в работе сотрудник Калифорнийского университета в Беркли Джоэл Мур (Joel Moore) считает, что этот опыт должен стать ответом всем скептикам, сомневавшимся в возможностях топологических изоляторов. Предыдущие измерения поверхностной проводимости, замечает учёный, действительно не давали требуемых результатов: экспериментаторы, вероятно, просто регистрировали объёмные эффекты.

Рис. 2. Схема измерения (иллюстрация авторов работы).

Результаты работы представлены в статье:

Dong-Xia Qu, Y.S. Hor, Jun Xiong, R.J. Cava, N.P. Ong Quantum Oscillations and Hall Anomaly of Surface States in the Topological Insulator Bi2Te3. – Science. – Published Online July 29, 2010. – DOI: 10.1126/science.1189792.

Статья подготовлена Филипповым Ю.П. по материалам: