LU konferenceTopoloģisko izolatoru nanolentes ar dominējošu Diraka virsmas elektronu transportu
Projekta nosaukums: Topoloģisko izolatoru nanolentes ar dominējošu Diraka virsmas elektronu transportu
Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/1/16/198
Projekta sadarbības partneris: Čalmera tehnoloģiskā universitāte, Mikrotehnoloģiju un nanozinātnes departaments MC2, Zviedrija
Projekta īstenošanas termiņš: 01. 12. 2017. – 30. 11. 2020.
Projekta kopējais finansējums: 133806 euro
Projekta mērķis: iegūt topoloģisko izolatoru materiālus – Bi2Se3 un leģētas Bi2Se3 nanolentes ar dominējošu Diraka virsmas elektronu transportu, kā arī noteikt virsmas elektronu transporta īpašības, savienojot nanolenetes ar supravadītāju.
Projekta ietvaros plānotas sekojošas aktivitātes:
1) Topoloģisko izolatoru materiālu sintēze
2) Lādiņnesēju transporta raksturošana iegūtajos materiālos
3) Topoloģisko virsmu (topological surface states) fundamentāli pētījumi
4) Iegūto rezultātu prezentēšana starptautiskās konferencēs
Projekta rezultāti: plānotas 4 zinātniskās publikācijas starptautiskos žurnālos; 1 zinātniskā tehnoloģija, kā arī dalība 6 starptautiskās konferencēs.
Projekta īstenošana
I Ceturksnis (01. 12. 2017 – 28. 02. 2018)
Šī ceturkšņa laikā uzsākta pirmā vizīte pie sadarbības partnera, viesojoties Mikrotehnoloģiju un nanozinātnes departamentā MC2, Čalmera Tehnoloģiskajā universitātē. Latvijas Universitātes Ķīmiskās fizikas institūtā sintezētās Bi2Se3 nanolentes ar dažādām virsmas – tilpuma attiecībām integrētas ierīcēs lādiņnesēju transporta raksturošanai (skat. 1. att). Veicot magnetotransporta mērījumus zemās temperatūrās, noteikti Bi2Se3 nanolenšu raksturojošie parametri (lādiņnesēju koncentrācija, kustīgums un Beri fāze). Iegūtie raksturlielumi norāda, ka nanolentes ir augstvērtīgs topoloģiskais izolators, un to īpašības ir atkarības no nanolentes biezuma.
Periodā izgatavotas arī Bi2Se3 nanolenšu Džozefsona pārejas mērījumiem 20 mK temperatūrā un uzsākts iegūto datu apkopojums zinātniskās publikācijas melnrakstam.
1. att. Nanoierīce individuālas Bi2Se3 nanolentes lādiņnesēju transporta pētīšanai.
II Ceturksnis (01. 03. – 31. 05. 2018)
Otrā ceturkšņa laikā noslēgta pirmā mobilitāte pie sadarbības partnera, kā arī uzsākta jauna.
Turpināta analīze iepriekšējā ceturksnī uzņemtajiem magnetotransporta datiem, kur sākotnēji tika iegūti ļoti labi rezultāti, nosakot, ka sintezētajām nanolentēm piemīt topoloģiskā izolatora īpašības, kā arī novērota magnetotransporta fizikālo parametru (piem. lādiņnesēju koncentrācijas) atkarība no nanolentes ģeometrijas. Turpmāko pētījumu veikšanai ir svarīgi izprast, kāpēc un kā tieši šie parametri atkarīgi no nanolentes ģeometrijas. Tā kā nanolentei, salīdzinot ar makro- izmēra objektu, virsmas – tilpuma attiecība ir daudz lielāka, topoloģisko virsmu lādiņnesēju transportam nanomateriālā jābūt izteiktākam. Sagaidāma atkarība no nanolentes ģeometriskajiem parametriem. Lai gan pašreiz pieejamā literatūrā ir pētītas dažādas topoloģisko izolatoru nanostruktūras, trūkst datu par to, kā tieši lielā virsmas – tilpuma attiecība (vai samazinātās materiāla dimensijas, piemēram, biezums) uzlabojusi topoloģisko izolatoru īpašības un kādi nanolentes ģeometriskie parametri būtu optimālie.
Šo vizīšu laikā turpināts intensīvs darbs wp3 un wp4 ietvaros. Čalmera universitātes Mikrotehnoloģiju un nanozinātnes departamenta MC2 tīrtelpā izgatavotas nanoierīces Holla efekta mērījumiem uz dažādām pamatnēm pārnestām Bi2Se3 nanolentēm, piemēram, SiO2 un SrTiO3. Pamatni var izmantot kā aizvara elektrodu (back – gate), un pieliekot spriegumu, iespējams modulēt kopējo lādiņnesēju koncentrāciju nanolentē. No šiem mērījumiem iespējams iegūt vērtīgu informāciju par tilpuma un topoloģisko virsmu lādiņnesēju ietemi kopējā transportā, kā arī novērtēt pamatnes ietekmi.
Izgatavotajām nanoierīcēm turpināti lādiņnesēju magnetotransporta mērījumi, nosakot dažādus fizikālos raksturlielumus, arī atkarībā no pamatnes aizvara elektroda.
Periodā turpināta Džozefsona pāreju pētīšana 20 mK temperatūrā. Izgatavotajās pārejās novērota superstrāva, kā arī noteikts, ka barjera starp Bi2Se3 nanolenti un supravadītāju (Al) ir īpaši caurlaidīga.
26. – 29. Martā apmeklēta starptautiska konference COST akcijas ietvaros – “Coherent Superconducting Hybrids and Related Materials”, Francijā, Les Arcs (https://cost2018.lpem.espci.fr/spip.php?rubrique1) kurā nolasīts mutisks referāts ar nosaukumu “Transparent superconductor - Bi2Se3 nanoribbon interface hybrid devices”. Ar jomas vadošajiem ekspertiem apspriesti rezultāti par nanolešu Džozefsona pārejām.
III Ceturksnis (01. 06. – 31. 08. 2018)
Šai periodā noslēgta otrā mobilitāte pie sadarbības partnera (10. 04 – 22. 06. 2018). Vizītes laikā turpināti Džozefsona pāreju mērījumi (wp4). Tā kā projekta ietvaros ir izdevies iegūt Džozefsona pārejas ar īpaši caurlaidīgām TI/supravadītājs barjerām, šiem paraugiem bija iespējams veikt virkni nozīmīgu mērījumu. Izmantojot iegūtos datus, uzsākta raksta melnraksta sagatavošana.
Apkopojot magnetotransporta datus uz Si/SiO2 pārnestām Bi2Se3 nanolentēm (no Holla efekta noteiktā lādiņnesēju koncentrācija, no Šubņikova de Hāsa oscilācijām iegūtie fizikālie raksturlielumi un to atkarība no aizvara elektroda sprieguma) pabeigta publikācijas sagatavošana. Sagatavotais raksts pieņemts publicēšanai žurnālā Nanoscale (impact factor - 7.23, Q1 Nanoscience and Nanotechnology kā arī Materials Science nozarēs) “Bulk-Free Topological Insulator Bi2Se3 nanoribbons with Magnetotransport Signatures of Topological Surface States”.
1. att. Nanoierīce individuālas Bi2Se3 nanolentes lādiņnesēju transporta pētīšanai.
II Ceturksnis (01. 03. – 31. 05. 2018)
Otrā ceturkšņa laikā noslēgta pirmā mobilitāte pie sadarbības partnera, kā arī uzsākta jauna.
Turpināta analīze iepriekšējā ceturksnī uzņemtajiem magnetotransporta datiem, kur sākotnēji tika iegūti ļoti labi rezultāti, nosakot, ka sintezētajām nanolentēm piemīt topoloģiskā izolatora īpašības, kā arī novērota magnetotransporta fizikālo parametru (piem. lādiņnesēju koncentrācijas) atkarība no nanolentes ģeometrijas. Turpmāko pētījumu veikšanai ir svarīgi izprast, kāpēc un kā tieši šie parametri atkarīgi no nanolentes ģeometrijas. Tā kā nanolentei, salīdzinot ar makro- izmēra objektu, virsmas – tilpuma attiecība ir daudz lielāka, topoloģisko virsmu lādiņnesēju transportam nanomateriālā jābūt izteiktākam. Sagaidāma atkarība no nanolentes ģeometriskajiem parametriem. Lai gan pašreiz pieejamā literatūrā ir pētītas dažādas topoloģisko izolatoru nanostruktūras, trūkst datu par to, kā tieši lielā virsmas – tilpuma attiecība (vai samazinātās materiāla dimensijas, piemēram, biezums) uzlabojusi topoloģisko izolatoru īpašības un kādi nanolentes ģeometriskie parametri būtu optimālie.
Šo vizīšu laikā turpināts intensīvs darbs wp3 un wp4 ietvaros. Čalmera universitātes Mikrotehnoloģiju un nanozinātnes departamenta MC2 tīrtelpā izgatavotas nanoierīces Holla efekta mērījumiem uz dažādām pamatnēm pārnestām Bi2Se3 nanolentēm, piemēram, SiO2 un SrTiO3. Pamatni var izmantot kā aizvara elektrodu (back – gate), un pieliekot spriegumu, iespējams modulēt kopējo lādiņnesēju koncentrāciju nanolentē. No šiem mērījumiem iespējams iegūt vērtīgu informāciju par tilpuma un topoloģisko virsmu lādiņnesēju ietemi kopējā transportā, kā arī novērtēt pamatnes ietekmi.
Izgatavotajām nanoierīcēm turpināti lādiņnesēju magnetotransporta mērījumi, nosakot dažādus fizikālos raksturlielumus, arī atkarībā no pamatnes aizvara elektroda.
Periodā turpināta Džozefsona pāreju pētīšana 20 mK temperatūrā. Izgatavotajās pārejās novērota superstrāva, kā arī noteikts, ka barjera starp Bi2Se3 nanolenti un supravadītāju (Al) ir īpaši caurlaidīga.
26. – 29. Martā apmeklēta starptautiska konference COST akcijas ietvaros – “Coherent Superconducting Hybrids and Related Materials”, Francijā, Les Arcs (https://cost2018.lpem.espci.fr/spip.php?rubrique1) kurā nolasīts mutisks referāts ar nosaukumu “Transparent superconductor - Bi2Se3 nanoribbon interface hybrid devices”. Ar jomas vadošajiem ekspertiem apspriesti rezultāti par nanolešu Džozefsona pārejām.
III Ceturksnis (01. 06. – 31. 08. 2018)
Šai periodā noslēgta otrā mobilitāte pie sadarbības partnera (10. 04 – 22. 06. 2018). Vizītes laikā turpināti Džozefsona pāreju mērījumi (wp4). Tā kā projekta ietvaros ir izdevies iegūt Džozefsona pārejas ar īpaši caurlaidīgām TI/supravadītājs barjerām, šiem paraugiem bija iespējams veikt virkni nozīmīgu mērījumu. Izmantojot iegūtos datus, uzsākta raksta melnraksta sagatavošana.
Apkopojot magnetotransporta datus uz Si/SiO2 pārnestām Bi2Se3 nanolentēm (no Holla efekta noteiktā lādiņnesēju koncentrācija, no Šubņikova de Hāsa oscilācijām iegūtie fizikālie raksturlielumi un to atkarība no aizvara elektroda sprieguma) pabeigta publikācijas sagatavošana. Sagatavotais raksts pieņemts publicēšanai žurnālā Nanoscale (impact factor - 7.23, Q1 Nanoscience and Nanotechnology kā arī Materials Science nozarēs) “Bulk-Free Topological Insulator Bi2Se3 nanoribbons with Magnetotransport Signatures of Topological Surface States”.