Это также может привести к новым применениям, таким как переключение между разными электропроводностями.Исследователи HZB изучали кристаллические полупроводниковые пленки из сплава свинца, олова и селена (PbSnSe), которые были дополнительно легированы небольшим количеством элемента висмута. Эти полупроводники относятся к новому классу материалов, называемых топологическими изоляторами, материалам, которые очень хорошо проводят на своей поверхности, а внутри ведут себя как изоляторы.
Допирование 1-2% висмута позволило им сейчас наблюдать новый топологический фазовый переход. Образец переходит в определенную топологическую фазу, которая также обладает свойством сегнетоэлектричества.
Это означает, что внешнее электрическое поле искажает кристаллическую решетку, тогда как механические силы, действующие на решетку, наоборот, могут создавать электрические поля.Эффект может быть использован для разработки новой функциональности, которая также представляет интерес для потенциальных приложений. Сегнетоэлектрические материалы с фазовым переходом используются, например, в DVD и флэш-памяти. Электрическое напряжение перемещает атомы в кристалле, превращая изоляционный материал в металлический.
Возмущением служило легирование висмутом в пленках PbSnSe, исследованных в HZB. Число электронов в висмуте не соответствует периодическому расположению атомов внутри кристалла PbSnSe. «Небольшие изменения в атомной структуре приводят к удивительным эффектам в этом классе материалов», — объясняет исследователь HZB доктор Хайме Санчес-Баррига, главный исследователь, координирующий проект.После подробного анализа измерений остался только один вывод: легирование висмутом вызывает сегнетоэлектрическое искажение в решетке, которое также изменяет допустимые уровни энергии электронов. «Эта проблема заставляла нас ломать голову в течение нескольких периодов луча, пока мы не воспроизвели научные результаты на совершенно новом наборе образцов», — добавляет Санчес-Баррига. «Потенциальные применения могут возникнуть благодаря сегнетоэлектрическим фазам, о которых раньше не думали.
Электропроводимость без потерь в топологических материалах может включаться и выключаться по желанию с помощью электрических импульсов или механической деформации», — объясняет профессор Оливер Рейдер. возглавляет отдел материалов для зеленой спинтроники в HZB.Исследование проводилось в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Йоханнеса Кеплера в Линце, которые также выращивали образцы.
Парта С. Мандал, который проводил измерения материальной системы в рамках своей диссертации, был поддержан Виртуальным институтом Гельмгольца «Новые состояния материи и их возбуждения».