КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-72-00168
НазваниеЭлектронная структура и электронные свойства монокристаллов топологических материалов Bi2Se3 и WTe2, облученных высокоэнергетическими частицами
Руководитель Перевалова Александра Николаевна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук , Свердловская обл
Конкурс №97 - Конкурс 2024 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-207 - Магнитные явления
Ключевые слова Топологические полуметаллы, топологические изоляторы, монокристаллы, электронная структура, электросопротивление, магнитосопротивление, эффект Холла, облучение высокоэнергетическими частицами
Код ГРНТИ29.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Поиск и изучение новых топологических материалов являются актуальными задачами физики конденсированного состояния и физики магнитных явлений. В частности, к ним относятся топологический изолятор Bi2Se3 и топологический вейлевский полуметалл WTe2. Такие материалы обладают уникальной топологией электронной зонной структуры, которая обуславливает их необычные электронные транспортные свойства. Несмотря на огромный интерес к исследованию топологических систем, влияние радиационных дефектов, возникающих в результате облучения высокоэнергетическими ионами Ar+ и электронами, на электронную структуру и свойства Bi2Se3 и WTe2 изучено недостаточно. Это свидетельствует о важности и актуальности проведения исследований по данной проблеме. Предлагаемый проект направлен на решение фундаментальной проблемы физики конденсированного состояния и физики магнитных явлений, связанной с установлением основных закономерностей поведения и взаимосвязи структурных и электронных характеристик монокристаллов топологического изолятора Bi2Se3 и топологического вейлевского полуметалла WTe2, облученных высокоэнергетическими частицами (ионами Ar+ и электронами). Это позволит проследить эволюцию электронной структуры и свойств таких материалов под влиянием радиационных дефектов, а также целенаправленно управлять их транспортными свойствами посредством внешних воздействий (облучение, температура, магнитное поле). Решение данной проблемы будет также способствовать развитию прикладной науки, поскольку такие материалы имеют высокий потенциал использования в различных приложениях спинтроники и сверхбыстрой микро- и наноэлектроники.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В первый год выполнения проекта были синтезированы монокристаллы топологического изолятора Bi2Se3 и топологического вейлевского полуметалла WTe2. Аттестация выращенных кристаллов проводилась методами рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа. Монокристаллы Bi2Se3 и WTe2 были облучены ионами аргона с энергиями до 40 кэВ и различными флюенсами. Выполнены теоретические расчеты электронной структуры исследуемых соединений для бездефектных кристаллических структур и с учетом дефектов, образующихся в результате облучения. Получены данные о строении и топологических особенностях зонной структуры Bi2Se3 и WTe2 с учетом радиационных дефектов. Исследованы электросопротивление и гальваномагнитные свойства (магнитосопротивление и эффект Холла) исходных и облученных ионами аргона монокристаллов Bi2Se3 и WTe2 в интервале температур от 2 до 300 К и в магнитных полях до 9 Тл. Оптические характеристики измерены методом Битти при комнатной температуре. Обнаружены значительные изменения электронных транспортных и оптических свойств Bi2Se3 и WTe2 после облучения ионами аргона. При более высокой дозе облучения увеличивается электросопротивление, наблюдаются изменения в магнитосопротивлении, сопротивлении Холла, концентрации и подвижности носителей тока, мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости, оптической проводимости и отражательной способности исследуемых материалов. Эти эффекты обусловлены как появлением дополнительных центров рассеяния, так и изменением электронной структуры исследуемых соединений в результате облучения. Полученные результаты демонстрируют, что облучение ионами аргона можно использовать для смещения положения уровня Ферми, а, следовательно, и для управления свойствами топологических изоляторов и полуметаллов. Наблюдаемые изменения в электрических и оптических характеристиках Bi2Se3 и WTe2 открывают новые возможности для применения этих материалов в современных электронных устройствах. На основе полученных экспериментальных и теоретических результатов подготовлены рукописи четырех статей, три из которых уже опубликованы в рецензируемых научных журналах. Участники научного коллектива представили три доклада (два устных и один стендовый) на российских и международных конференциях.
Публикации
1. Фоминых Б.М., Перевалова А.Н., Ирхин В.Ю., Наумов С.В., Шаломов К.В., Гущина Н.В., Марченков В.В. Влияние облучения ионами аргона на магнитосопротивление и фазу Берри в топологическом изоляторе Bi2Se3 Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника : тезисы докладов Всероссийской научной молодежной конференции, 25–29 ноября 2024 г., Санкт-Петербург. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024. – 103 с., Б.М.Фоминых. Влияние облучения ионами аргона на магнитосопротивление и фазу Берри в топологическом изоляторе Bi2Se3 / Б.М. Фоминых, А.Н. Перевалова, В.Ю. Ирхин, С.В. Наумов, К.В. Шаломов, Н.В. Гущина, В.В. Марченков // XXVI Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, Россия, 25.11.2024-29.11.2024, Тезисы докладов, СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2024. – С.17. (год публикации - 2024)
2. Перевалова А.Н., Фоминых Б.М., Наумов С.В., Лукоянов А.В., Байдак С.Т., Марченкова Е.Б., Марченков В.В. Электронная структура и электронные транспортные свойства топологических материалов Bi2Se3 и WTe2 Проблемы физики твердого тела и высоких давлений: Тезисы XXIII Всероссийской конференции, г. Сочи, пансионат «Буревестник», 20–29 сентября 2024 г. – Москва–Сочи: Изд-во ФИАН, 2024. – 169 c., А.Н.Перевалова. Электронная структура и электронные транспортные свойства топологических материалов Bi2Se3 и WTe2 / А.Н. Перевалова, Б.М. Фоминых, С.В. Наумов, А.В. Лукоянов, С.Т. Байдак, Е.Б. Марченкова, В.В. Марченков // XXIII Всероссийская конференция «Проблемы физики твердого тела и высоких давлений», Сочи, Россия, 20.09.2024-29.09.2024, Сборник тезисов, Москва-Сочи: Изд-во ФИАН, 2024. – С. 108-109. (год публикации - 2024)
3.
Марченков В.В., Фоминых Б.М., Перевалова А.Н., Степанов А.Е., Наумов С.В., Марченкова Е.Б., Барташевич А.М., Шаломов К.В., Гущина Н.В., Овчинников В.В.
Effect of argon ion irradiation on the electrical transport and electronic characteristics of Bi2Se3 single crystals
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, Effect of argon ion irradiation on the electrical transport and electronic characteristics of Bi2Se3 single crystals / V.V. Marchenkov, B.M. Fominykh, A.N. Perevalova, A.E. Stepanov, S.V. Naumov, E.B. Marchenkova, A.M. Bartashevich, K.V. Shalomov, N.V. Gushchina, V.V. Ovchinnikov // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. — 2025. — V. 561. — P. 165633. (год публикации - 2025)
10.1016/j.nimb.2025.165633
4.
Перевалова А.Н., Фоминых Б.М., Чистяков В.В., Марченков В.В.
Особенности магнитотранспортных свойств монокристаллов MoxW(1-x)Te2 (x = 0; 0.7)
Челябинский физико-математический журнал, Особенности магнитотранспортных свойств монокристаллов MoxW1-xTe2 (x = 0; 0.7) / А.Н. Перевалова, Б.М. Фоминых, В.В. Чистяков, В.В. Марченков // Челябинский физико-математический журнал. — 2024. — Т. 9. — Вып. 4. — С. 658—669. (год публикации - 2024)
10.47475/2500-0101-2024-9-4-658-669
5.
Фоминых Б.М., Перевалова А.Н., Шредер Е.И., Наумов С.В., Шаломов К.В., Марченкова Е.Б., Гущина Н.В., Овчинников В.В., Марченков В.В.
Tuning the electrical and optical properties of topological insulator Bi2Se3 by Ar+ ion irradiation
Materials Letters, Tuning the electrical and optical properties of topological insulator Bi2Se3 by Ar+ ion irradiation / B.M. Fominykh, A.N. Perevalova, E.I. Shreder, S.V. Naumov, K.V. Shalomov, E.B. Marchenkova, N.V. Gushchina, V.V. Ovchinnikov, V.V. Marchenkov // Materials Letters. — 2025. — V. 387. — P. 138263. (год публикации - 2025)
10.1016/j.matlet.2025.138263