Ученые описали новые особенности фототока в топологических изоляторах
Лазеры в науке 16.07.2021 Комментарии к записи Ученые описали новые особенности фототока в топологических изоляторах отключеныУченые из России и Германии обнаружили, что несимметричная фотопроводимость возникает на границе топологический изолятор ― прямозонный полупроводник. Ранее считалось, что она появляется на краю изолятора, независимо от состава следующего слоя. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Топологические изоляторы ― соединения, проводящие электрический ток только по своей поверхности. При этом даже нарушение ее целостности не влияет на протекание тока. Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, Физического института имени П.Н. Лебедева РАН, Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН, Регенсбургского университета установили, что несимметричная фотопроводимость возникает на границе топологический изолятор ― прямозонный полупроводник. Ранее считалось, что она 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.
Ученые обнаружили новый эффект, облучая лазером многослойную полупроводниковую наноструктуру — твердый раствор теллурида кадмия-ртути. Топологический изолятор в наноструктуре — тонкая пленка с определенным содержанием кадмия и теллура. Несимметричная фотопроводимость возникала на границе между двумя слоями твердого раствора. Терагерцовая фотопроводимость возникает при облучении полупроводника лазером терагерцового диапазона. Общая толщина «активных» слоев, где наблюдалась несимметричная фотопроводимость, составляла менее 6 микрон.
«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 соавтор исследования Сергей Дворецкий. ― Именно в этих образцах наблюдалась терагерцовая фотопроводимость за счет краевой проводимости (не объемной или поверхностной)».
Для создания фотодиодов и фоторезисторов используются полупроводники с прямозонным электронным спектром. Полупроводники с инверсным («перевернутым») электронным спектром — топологический изолятор. На его поверхности возникают топологические электронные состояния, не зависящие от дефектов.
По словам ученых, наиболее вероятный кандидат для появления несимметричной фотопроводимости ― интерфейс между начальным слоем прямозонного теллурида кадмия-ртути и инверсным. Фототоки проходят вокруг образца вдоль его края и меняют направление на противоположное при изменении знака напряжения или смещении магнитного поля.
