Ученые выяснили, где в многослойных полупроводниках возникает несимметричная фотопроводимость

Российские ученые определили, где именно в многослойных полупроводниках возникает эффект несимметричной проводимости. Оказалось, что он зарождается только на границе между твердыми слоями полупроводника, которые отличаются по электронным свойствам. Это опровергает существовавшее предположение о том, что несимметричная проводимость возникает вне зависимости от окружения. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.Ученые из МГУ имени М. В. Ломоносова, Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, Института физики полупроводников имени А. В. Ржанова и Регенсбургского университета исследовали фотопроводимость в многослойных полупроводниках при облучении лазером. Фотопроводимость — явление, при котором материал меняет свою способность пропускать электрический ток под действием электромагнитного излучения.Исследователи выяснили, что в полупроводниках особого строения — твердых растворах, где в верхних слоях находятся атомы тяжелых химических элементов, а ниже они замещаются более легкими, создавая градиент, — фотопроводимость ведет себя весьма необычно. Она несимметрична, то есть отличается относительно направления магнитного поля, а также для двух симметрично расположенных пар контактов, измеряющих силу тока. Кроме того дальнейшие исследования показали, что при воздействии лазерного излучения ток в полупроводнике протекает не «от плюса к минусу», а по кругу вдоль его края, создавая кольцо, охватывающее полупроводник.Механизм этого феномена остается неясным, однако, чтобы исследовать его в дальнейшем, важно было установить, в каком именно месте слоистой структуры возникает несимметричная фотопроводимость. Ученым удалось показать, что она появляется только на особой границе, где слой проводника, не содержащий атомов тяжелых металлов, переходит в слой с тяжелыми металлами. При этом последний из-за тяжелых атомов работает как топологический изолятор — на его поверхности возникают дираковские двумерные электронные состояния. Это явление, при котором электроны атомов обладают нулевой эффективной массой, то есть движутся при приложении электрического напряжения так, как если бы обладали массой, равной нулю, а также не рассеиваются на примесях и дефектах полупроводника, тем самым увеличивая его проводимость.«О практическом использовании топологических изоляторов на сегодняшний день говорить преждевременно. Но наличие в них особых электронных состояний делает их привлекательными для использования в электронике, ведь это свойство позволяет материалу эффективно проводить электрический ток. Кроме того, такие состояния очень устойчивы к различным повреждениям: например, если испортить поверхность полупроводника, они никуда не исчезнут. Однако, чтобы использовать ценные свойства топологических изоляторов на практике, необходимо еще много серьезных исследований», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Хохлов.