Семинар "Теоретическое проектирование новых топологических изоляторов: электронная структура и магнитные эффекты"
15 декабря 2022 года состоялся семинар НУЛ «Квантовой наноэлектроники». С докладом на тему «Теоретическое проектирование новых топологических изоляторов: электронная структура и магнитные эффекты» выступил главный научный сотрудник Департамента электронной инженерии МИЭМ, профессор Международного физического центра Доностии (Испания) Евгений Владимирович Чулков. Доклад был осуществлён в Zoom.
Топологический изолятор – это новое состояние вещества, теоретически предсказанное в 2005 году Кэйном и Меле (Kane, Mele), и обнаруженное экспериментально в группе профессора Моленкампа (Molenkamp) в 2007 году. Трёхмерный топологический изолятор обладает изолирующими свойствами в объёме, но на поверхности проводит электрический ток. При этом спектр электронных состояний на поверхности представляет собой т.н. конус Дирака, на котором спин электрона жёстко связан с его импульсом благодаря очень сильному спин-орбитальному взаимодействию. Примерами таких соединений могут служить бинарные соединения (Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te), тройные соединения на основе таллия (TlBiTe2 и др.), тройные халькогениды на основе Ge, Sn и Pb (Ge(Sn,Pb)Bi2Te4 и др.), сплавы Гейслера и ряд других соединений, при этом постоянно появляются новые. Топологические изоляторы обладают многими уникальными свойствами, и их изучение является в данный момент одной из наиболее ярких и динамично развивающихся глав современной физики конденсированного состояния. Гугл находит более 11 млн. ссылок по запросу «topological insulator». Топологические изоляторы также являются перспективными материалами для дизайна новых элементов квантовой наноэлектроники, в частности кубитов для топологического квантового компьютера.
В своём докладе профессор Чулков рассказал о различных топологических изоляторах и привёл примеры зонной структуры таких соединений. Затем Евгений Владимирович перешёл к важнейшему вопросу проектирования (дизайна) новых топологических изоляторов с желаемыми свойствами. Также было рассказано о том, как прямыми экспериментальными методами можно выявить, является ли вещество топологическим изолятором, в частности о технологии ARPES - фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением. Были перечислены следующие элементы дизайна таких соединений: поверхностное легирование, воздействие магнитным полем, создание гибридных структур с другими соединениями (ферромагнетиками, графеном и др.) и сверхрешёток, изменение уровня беспорядка, воздействие давления и одноосных деформаций.
Доклад вызвал большой интерес сотрудников, студентов и аспирантов НУЛ «Квантовой наноэлектроники». После доклада состоялось неформальное общение со студентами и аспирантами. Ряд студентов и аспирантов НУЛ КНЭ занимаются исследованием свойств топологических изоляторов и гибридных структур на их основе. Доклад организовывал проф. А.С. Васенко.