Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Centrum SOLARIS

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Lista publikacji naukowych

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Kontrola odkształceń nad stopniem swobody doliny

Grupa naukowców z Instytutu Fizyki Półprzewodników i Ciała Stałego oraz Laboratorium Fizycznego Ecole Normale Superieure Paryż, Francja we współpracy z naukowcami z linii badawczej URANOS z Centrum SOLARIS opublikowali na łamach Physical Review Letters wyniki swoich badań dotyczących kwantowej fazy Halla spolaryzowanej dolinowo w układzie Diraca. Różne lokalne minima pasm - nazywane dolinami - wielodolinowego dwuwymiarowego izolatora topologicznego zostały niezależnie scharakteryzowane za pomocą eksperymentu ARPES. Wykazano efektywną kontrolę nad ich populacją elektronową za pomocą mechanicznego naprężenia.

W przypadku półprzewodnikowego systemu wielodolinowego, lokalne minima pasm występują w różnych miejscach strefy Brillouina. Te doliny stanowią nowy stopień swobody dla elektronów i mogą być traktowane jako pseudospiny. Kontrola populacji dolin niezależnie od siebie jest kluczowa dla rozwoju walleytroniki – technologii kontrolowania stopnia swobody doliny – oraz badania interesujących zjawisk pseudospinowych, takich jak skyrmiony, fale gęstości ładunku czy ferromagnetyzm kwantowy Halla. 

Korzystając z linii badawczej URANOS, wykazano pełną kontrolę nad rozszczepieniem energetycznym doliny w funkcji naprężenia przyłożonego w kierunkach równoległych do płaszczyzny materiału w układzie IV-VI Pb1-xSnxSe. Naprężenie to jest określane przez niedopasowanie sieci krystalicznej między warstwą buforową między warstwą buforową a warstwą cienką warstwą i zależy od zawartości Sn. Struktura pasmowa kilku kwantowych studni Pb1-xSnxSe o grubości 20 nm została zmierzona w pobliżu dwóch rodzajów dolin w tych materiałach, w punktach Γ ̅ i M ̅. Jak pokazano na Rysunku 1, zaobserwowano ogromną ilość dyspersji podpasmowych, świadczących o wysokiej rozdzielczości eksperymentów na linii pomiarowej URANOS i wysokiej jakości próbek.

ARPES jest jedną z nielicznych technik eksperymentalnych, pozwalających niezależnie badać właściwości struktury pasmowej w pobliżu wybranych obszarów strefy Brillouina. W ten sposób względna pozycja energetyczna minimów pasm w pobliżu punktu Γ ̅ oraz punktu M może być zmierzona względem energii Fermiego. W miarę wzrostu naprężenia pasma w punkcie M przesuwają się energetycznie „w górę” w porównaniu z pasmami w pobliżu punktu Γ ̅ (patrz Rysunek 1).

Rozszczepienie energetyczne doliny, reprezentowane przez Δ l-o, okazuje się być bardzo wrażliwe na naprężenie i zmienia się o 160 meV na 1% naprężenia, co jest dwukrotnie większe niż na przykład w przypadku systemu AlAs. 

Publikacja ta pokazała jak bardzo efektywna jest kontrola doliny za pomocą naprężenia w materiałach IV-VI, co umożliwiło badanie faz kwantowych Halla z polaryzacją doliny w eksperymentach transportowych, gdzie obserwowane są chiralne stany brzegowe tylko jednej lub drugiej doliny. Niniejsze badanie ARPES demonstruje kluczowe właściwości dla rozwoju urządzeń walleytroniki opartych na systemie Pb1-xSnxSe.

Rysunek 1. Pomiary ARPES ograniczonych podpasm w pobliżu środka (punkt Γ ̅; na czarno) i krawędzi (punkt M ̅; na czerwono) 2D strefy Brillouina PbSe (a), PbSnSe (b) i PbSnSe ( c) studnie kwantowe (QW) o grubości 20 nm. Wielkość odkształcenia odpowiednio zmienia się od 0 do 0,3 i 0,5%. Wskazano rozszczepienie doliny Δ_(l-o).

Rysunek 1. Pomiary ARPES ograniczonych podpasm w pobliżu środka (punkt Γ ̅; na czarno) i krawędzi (punkt M ̅; na czerwono) 2D strefy Brillouina PbSe (a), PbSnSe (b) i PbSnSe ( c) studnie kwantowe (QW) o grubości 20 nm. Wielkość odkształcenia odpowiednio zmienia się od 0 do 0,3 i 0,5%. Wskazano rozszczepienie doliny Δ l-o.

Autor: Gauthier Krizman

Link do publikacji: G. Krizman, J. Bermejo-Ortiz, T. Zakusylo, M. Hajlaoui, T. Takashiro, M. Rosmus, N. Olszowska, J. J. Kołodziej, G. Bauer, Y. Guldner, G. Springholz, and L.-A. de Vaulchier,Valley-Polarized Quantum Hall Phase in a Strain-Controlled Dirac System, Physical Review Letters, 132, 166601, Vol. 132, Iss. 16 — 19 April 2024 doi:10.1103/PhysRevLett.132.166601

Polecamy również
Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Nietypowy mechanizm przełączania memrystorów opartych o związki kompleksowe niklu

Kalkulacja orientacji makromolekuł  w przestrzeni trójwymiarowej

Kalkulacja orientacji makromolekuł w przestrzeni trójwymiarowej

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123

Związek struktury szkieletów poliuretanów z właściwościami strukturalnymi i nadprzewodzącymi pianek Y-123

Wpływ implantacji jonów Ne<sup>+</sup> 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS

Wpływ implantacji jonów Ne+ 250 keV na parametry krytyczne kompozytowych taśm 2G HTS