?

Log in

No account? Create an account
Научная кунсткамера [entries|archive|friends|userinfo]
Научная кунсткамера

[ website | lj ]
[ userinfo | livejournal userinfo ]
[ archive | journal archive ]

КвазиНаука из вакуума в информационном ресурсе ПерсТ, 2014, том 21, выпуск 3/4 3.... Просочился [Mar. 1st, 2014|01:36 am]
Научная кунсткамера

science_freaks

[vsounder]
[Tags|, , , ]

Ориентированный карбин – первый тополо-гический изолятор
ПерсТ, 2014, том 21, выпуск 3/4 3
В последнее время повышенный интерес привле-кают к себе топологические изоляторы (ТИ). Ведет-ся поиск путей создания ТИ, которые могли бы ис-пользоваться в устройствах с комнатной рабочей температурой. Однако, возможно, именно такой материал, сформированный ориентированными це-почками атомов углерода (ориентированный кар-бин), был впервые создан нашими соотечественни-ками еще в 1992 г. [1], то есть задолго до появления теории ТИ (2005 г.) и первых официально признан-ных ТИ (2007 г.).
В статье [2] приводится модель ориентированного карбина, согласно которой он является ТИ необыч-ного вида. Эта модель впервые непротиворечиво объясняет обнаруженные в 2005 г. 1) эффект “су-перинжекции” [3] и 2) спектр поперечной проводимости [4]. Эффект суперинжекции (см. рис.) не мо-жет быть объяснен с позиций классической зонной теории, и это основной аргумент в пользу новой модели.
Схема процесса суперинжекции.

а – Энергетическая диаграмма процесса термической ступенчатой активации на уровнях Ландау. б – Вид на инжектирующий контакт сверху, носители последова-тельно активируются на уровнях Ландау n и инжектиру-ются нормально плоскости рисунка вниз, в диэлектрик; нижний рисунок схематически иллюстрирует влияние внешнего поперечного поля – круговые орбиты Ландау вытягиваются в эллиптические, а орбитальная скорость становится непостоянной.
Суть эффекта в том, что из ориентированного кар-бина носители могут одинаково легко инжектиро-ваться в любые диэлектрики. Температурные зави-симости инжекционного тока подтвердили его ак-тивационный характер с “эффективным” барьером, принимающим фиксированный спектр значений в интервале 0.1-0.4 эВ. Такой же спектр проявился ранее на зависимости поперечного сопротивления от толщины пленки и, как оказалось, он в точности соответствует спектру релятивистских 2D уровней Ландау. Квантование Ландау здесь обусловлено псевдомагнитным полем, по аналогии с эффектом, обнаруженным недавно в растянутом графене. Но-сители, двигаясь последовательно по этим уров-ням, могут достигать любых энергий. Однако для классических носителей этот процесс невозможен, единственная теория, которая допускает такой процесс - это теория ТИ. При сильной связи спина и импульса релятивистские носители могут дости-гать полной “топологической защиты” - квантовая интерференция рассеянной волновой функции де-лает рассеяние невозможным. Выходит так, что носители находятся в непрерывном движении на орбитах Ландау, но при этом могут поглощать фо-ноны, перемещаясь выше по энергетической лест-нице. Во внешнем электрическом поле возникает инжекционный ток, контролируемый максималь-ной ступенькой в лестнице Ландау - тот самый “эффективный” барьер. Его высота (около 0.4 эВ) близка к энергии спин-орбитального взаимодейст-вия (СОВ) в ориентированном карбине. Это до-вольно большая величина позволяет ориентиро-ванному карбину при температурах выше комнат-ной вести себя, как ТИ.
Почему же именно в ориентированном карбине достигается столь сильное СОВ? Одну углеродную цепочку можно представить себе как нанотрубку минимального диаметра, в которой, как известно, СОВ максимально (радиус вращения электрона ми-нимален). Это “собственное СОВ” усиливается на гидрированных концах цепочек за счет перехода sp1-sp3, по аналогии с графеном (в гидрированном графене переход sp2-sp3) - этот эффект носит назва-ние “гигантского усиления СОВ”. Таким образом, эффект связан с уникальностью как чистого карби-на, так и 2D структуры его ориентированной фор-мы, основу которой составляет матрица водород-ных связей. Гигантское усиление СОВ проявляется также в возникновении псевдомагнитного поля. По своим свойствам ориентированный карбин близок к растянутому графену, с той лишь разницей, что ко-нус Дирака поляризован, и движение носителей происходит без диссипации, как в сверхпроводнике. Графен мало перспективен для наноэлектроники из-за того, что проводимость ничем не блокирована. В ориентированном же карбине гигантское псевдо-магнитное поле локализует проводимость по замк-нутым орбитам Ландау – в этом отношении он уни-кален. Создать подобный материал на основе гра-фена до сих пор не удавалось, несмотря на много-численные попытки.
Технология выращивания этого уникального угле-родного материала [1] проста: он самоорганизуется в вакууме, что делает его не просто исторически первым искусственным топологическим изолято-ром – он подходит для выращивания в любой мик-роэлектронной фабрике.
Ю.Праздников
1. Yu.P.Kudryavtsev et al., Carbon 30, 213 (1992).
2. Yu.Prazdnikov, Advances in Microelectronic En-gineering 2, 7 (2014).
3. Yu. Prazdnikov et al., J. Russian Laser Research 26, 55 (2005).
4. Yu.Prazdnikov et al., J. Russian Laser Research 26, 245 (2005).
Дополнительная литература
Диссертация
из запасов science_freaks
LinkReply