КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 17-12-01047

НазваниеСпиновая электронная структура немагнитных полупроводниковых кристаллов и гетероструктур с сильным спин-орбитальным взаимодействием как основа нового поколения материалов и структур для спинтроники

РуководительТерещенко Олег Евгеньевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирская обл

Годы выполнения при поддержке РНФ 2017 - 2019  , продлен на 2020 - 2021. Карточка проекта продления (ссылка)

КонкурсКонкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-202 - Полупроводники

Ключевые словаграфено-подобные системы, топологические изоляторы, фермионы Вейля, системы с гигантским рашбовским расщеплением, тонкие пленки, гетерострутуры, МЛЭ, квазидвумерные системы, фотоэмиссия с угловым и спиновым разрешением, спин-зависимый транспорт, синтез новых соединений, эффективные термоэлементы, спиновый термогенератор

Код ГРНТИ29.19.31


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Управление спиновым транспортом в твердотельных гетероструктурах традиционно осуществляют с помощью магнитного поля или ферромагнитных материалов. Однако существует альтернативный подход, основанный на использовании немагнитных материалов, при котором для управления спином используют спин-орбитальное взаимодействие в низкоразмерных структурах. Когда спин-орбитальное взаимодействие (СОВ) имеет место в системах с достаточно низкой кристаллической симметрией, возникает эффективное магнитное поле Bэфф~[gradV(r)×p], где V(r) - кристаллический потенциал и р - импульс, что приводит к спиновому расщеплению и спиновой поляризации даже в немагнитных материалах. Известный в трехмерном (3D) кристаллическом потенциале эффект Дрессельхауза, возникающий вследствие инверсной асимметрии в объеме, и в двумерных (2D) квантовых ямах и гетероструктурах - эффект Рашбы, как результат 2D структурной инверсионной асимметрии. Для систем с пониженной размерностью, важная роль отводится двумерным графено-подобным системам и квазидвумерным топологическим изоляторам (ТИ), особенность которых заключается в том, что они, будучи изоляторами в объеме, обладают бесщелевыми состояниями на поверхности, благодаря которым возможно протекание спин-поляризованного тока практически без потерь энергии. Кроме того, в квазидвумерных материалах на основе соединений V-VI-VII отсутствие центра инверсии, а также инверсионная асимметрия собственно объема кристалла, приводят к линейному по волновому вектору k спиновому расщеплению энергетических подзон, которое контролирует спиновую релаксацию и, таким образом, позволяет управлять спином свободных носителей при помощи внешнего электрического поля. Это свойство может быть использовано для создания спинового транзистора, управляемого электрическим полем. Цель настоящего проекта – создание новых материалов и гетероструктур на основе элементов с большим спин-орбитальным взаимодействием и исследование их атомной, электронной и спиновой структуры с помощью современных экспериментальных методов и теоретических расчетов для разработки перспективных устройств спинтроники. Реализация проекта основана на объединении исследований нескольких научных групп из различных научных организаций, обладающих существенным опытом и активно работающих в заявленной области: (1) ИФП СО РАН, ИМГ СО РАН, НГУ (г. Новосибирск) – рост объемных кристаллов, рост гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и исследование их структурных, транспортных и оптических свойств; (2) СПбГУ (Санкт-Петербург) – исследование электронной и спиновой структуры методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением. Работа над проектом будет организована от роста совершенных 2D, 3D кристаллов и гетероструктур и изучения физико-химических объёмных и поверхностных свойств до исследования спин-зависимых эффектов изучаемых материалов и анализа возможности создания на их основе спин-зависимых устройств. Основное внимание проекта будет сфокусировано на открытии и разработке новых квантовых материалов и гетероструктур, которые могут быть эффективно использованы в спинтронике и на понимании их фундаментальных электронных и спиновых свойств. В области экспериментального и теоретического изучения спиновой структуры интерфейсов с сильным спин-орбитальным взаимодействием будут проведены исследования и проанализирована спиновая электронная структура систем на основе топологических изоляторов, графено-подобных и Рашба систем с сильным спин-орбитальным взаимодействием при контакте с традиционными полупроводниками с целью использования данных систем для эффективного формирования спиновых токов с высокой селективностью спиновой поляризации. Будет охарактеризована спиновая структура топологических состояний вблизи точки Дирака, обеспечивающая бездиссипативный канал транспорта электронов на уровне Ферми. Дополнительное внимание будет обращено на исследования гибридных слоистых структур на основе комбинации топологических изоляторов, графено-подобных систем и традиционных полупроводников, имеющих высокие перспективы использования в спинтронике. В качестве графено-подобной системы представляет научный и практический интерес система, состоящая из монослоя висмута на поверхности InAs(111) с двумерным электронным газом. Ожидается получить эффект, как в спиновом расщеплении 2D состояний электронного газа по эффекту Рашбы, так и спин-поляризованное состояние Дирака с щелью в самом монослое висмута, индуцированные сильным спин-орбитальным взаимодействием. Другим интересным графено-подобным объектом исследования будет кристаллический черный фосфор. Методом фотоэмиссионной спектроскопии с угловым и спиновым разрешением будут исследованы квазичастицы, обладающих свойствами фермионов Вейля, и ведущих себя как безмассовые частицы в таких материалах как TaAs, TaP, NbAs, Cd2As3. Будут изучены новые псевдобинарные соединения в системе GeTe-Sb2Te3 (GST), известные как материалы, испытывающие фазовый переход при нагревании, с переключением между кристаллическим и аморфным состоянием. Данные материалы рассматриваются как следующее поколение энергонезависимой памяти на основе фазового перехода. Недавно было теоретически предсказано, что некоторые соединения GST (GeSb2-xBixT5, GeSb4Te7) могут проявлять свойства топологических изоляторов, которые возможно контролировать изменением стехиометрии между Ge и Sb атомами, а также добавлением атомов Bi. Данные исследования могут открыть новые возможности в области лазер-индуцированного формирования топологических фаз на основе фазового перехода. Будут исследованы возможности управления уровнем Ферми на поверхности и в объёме широкого класса трёхмерных топологических изоляторов (ТИ) на основе соединений Sb2Te3, Bi2Se3 и Bi2Te3 с добавлением различных примесей с целью контролируемой модификации спиновой структуры формируемых соединений и выделения поверхностных металлических спин-поляризованных состояний электронов. Экспериментально и теоретически будет изучен вклад поверхностных дираковских спин-поляризованных состояний в транспортные явления в гетероструктурах на основе изолирующих пленок узкозонных кристаллических топологических изоляторов PbSnTe, выращенных методом МЛЭ. Из имеющегося у авторов задела следует, что в определенных диапазонах напряженности электрического и магнитного полей, а также их взаимной ориентации, ток носителей, инжектируемых в пленки PbSnTe:In крайне чувствителен к свойствам поверхности. Это положено в основу предлагаемых экспериментальных методик, направленных на выявление вклада поверхностных спин-поляризованных дираковских состояний в протекание тока в гетероструктурах, а также построение модели и анализ возможности создания на основе исследованных гетероструктур спинового транзистора. Для установления взаимосвязи между объёмными и поверхностными электронными свойствами кристаллических слоев предполагается изучить зарядовое состояние атомов в объёме и на интерфейсе, положение уровня Ферми, а также зонную структуру электронных поверхностных состояний и их спиновую поляризацию методом фотоэмиссии с высоким угловым и энергетическим разрешением, а также с разрешением по спину с использованием синхротронного излучения и ультрафиолетовой фотоэмиссии. Для количественного описания атомного и электронного строения границы раздела система Рашбы – топологический изолятор и границ раздела с графено-подобными системами будут привлекаться теоретические расчеты из первых принципов. В создаваемых гетероструктурах мы надеемся добиться полного снятия вырождения электронных состояний в топологических материалах и получить полностью спин-поляризованный ток в транспортных измерениях. Наконец, будет создана новая установка для выращивания объемных кристаллов при высокой температуре (1500-2000 K) и давлениях до 400 атм., что позволит значительно расширить класс изучаемых материалов с электронными свойствами топологических изоляторов и систем с гигантским спиновым расщеплением Рашбы. Поставленные в проекте научные задачи и проблемы находятся в русле актуальных проблем современной физики, обусловленных потребностями интенсивного развития современной наноэлектроники и спинтроники, и будут решаться с использованием самых современных научных тенденций, экспериментальных и теоретических подходов, развиваемых в последнее время во всем мире, что обуславливает высокую научную значимость и перспективность проводимых исследований.

Ожидаемые результаты
Исследования в рамках проекта подразумевают поиск новых квантовых высокоэффективных немагнитных материалов, которые могут быть использованы в спинтронике, и выявление основных факторов, ответственных за формирование их электронных и спиновых свойств. В свою очередь, это ставит задачу поиска способов управления спином носителей тока без привлечения внешнего магнитного поля. Принципиальная возможность этого основана на использовании спин–орбитального взаимодействия. Особую ценность имеет информация о влиянии спин–орбитального взаимодействия на электронный спектр низкоразмерных систем. Изучение таких низкоразмерных систем является целью настоящего проекта. Исследования будут проводиться на основе экспериментальных и теоретических методов. Главным ожидаемым научным результатом нашей работы будет построение самосогласованной картины физико-химических свойств 2D, квази-2D систем и новых полупроводниковых материалов с гигантским спиновым расщеплением Рашбы, их атомной структуры и электронно-спинового строения зонной структуры этих материалов. Это может привести к практическому результату работы, который будет заключаться в возможности управления спин-поляризованными состояниями в немагнитных материалах на основе спин-зависимых устройств (спин-транзистор, спиновый термогенератор). По мере решения главной задачи, будет решен ряд важных научных и методических задач, которые заключаются в следующем: - будут выявлены особенности электронной энергетической и спиновой структуры дираковского конуса электронных состояний для топологических изоляторов различного типа, графен-подобных и Рашба систем с сильным спин-орбитальным взаимодействием; - будет проведен анализ возможности использования особенностей спиновой структуры изучаемых систем вблизи уровня Ферми для эффективного формирования спиновых токов с высокой степенью спиновой поляризации и использования данных систем в спинтронике; - будет охарактеризована спиновая структура топологических состояний вблизи точки Дирака, обеспечивающая бездиссипативный канал транспорта электронов на уровне Ферми; - будет решена научно-технологическая задача по росту чистых соединений Sb(Bi)2Se(Te)3, GeTe-Sb2Te3, BiTeX (X=I, Br, Cl), а также легированных, включая ферромагнитными примесями, что позволит управлять положением уровня Ферми в кристалле и спин-поляризованными состояниями. Будут получены значимые результаты с точки зрения роста и свойств квазидвумерных совершенных кристаллов; - будет построена новая ростовая установка для выращивания кристаллов при высоких температурах (до 2000 К) и давлениях (до 400 атм.), что позволит изучить свойства широкого класса двумерных и квазидвумерных систем (TaAs, TaP, NbAs, MoX2, WX2 (X=S,Se,Te) и др.); - в случае создания встроенного p-n перехода в системах Sb(Bi)2Se(Te)3, Bi2Te3 ожидается изменение положения точки Дирака и наклона дираковского конуса в зависимости от величины и направления встроенного поля. Это позволяет сместить точку Дирака от обычно близкого расположения этой точки к валентной зоне ближе к середине запрещенной щели топологического изолятора. Последнее приводит к уменьшению рассеяния дираковских электронов на примесях и значительно улучшает транспортные свойства на поверхности топологического изолятора. Дополнительно ожидается улучшение (близко к идеальной) спиновой текстуры на поверхности топологического изолятора; - в системе Bi/InAs(111) ожидается получить как спиновое расщепление Рашбы в двумерном электронном газе вблизи поверхности InAs(111), так и графено-подобные состояния в монослое висмута с переходом в топологические состояния с увеличением толщины слоя висмута; - В твердых растворах Pb1-xSnxTe, как объемных, так и выращенных методом МЛЭ, в диапазоне x~0.35–0.5 будет установлен фазовый переход из тривиального полупроводника в состояние топологического кристаллического изолятора, а также продемонстрированы спин-зависимые транспортные свойства. - На завершающей стадии работ по проекту на основании проведенных исследований и выявленных закономерностей будут предложены простейшие модели соответствующих наноэлектронных и спиновых устройств на основе графено-подобных и Рашба-систем и топологических изоляторов: - будет создан прототип спинового транзистора на основе структуры металл –диэлектрик-полупроводник. В качестве диэлектрика будет использован high-k HfO2, в качестве полупроводника – изучаемые структуры: топологические изоляторы, материал с рашбовским расщеплением; - будут изучены термоэлектрические свойства синтезируемых материалов, а также создан прототип спин-зависимого термогенератора; - по тематике работы предполагается опубликовать не менее 27 статей, цитируемых в Web of Science; - по результатам работы планируется защита двух кандидатских диссертаций (Голяшов В.А., Климовских И.И.) и одной докторской (Кох К.А.). Все полученные результаты будут принципиально новыми и будут соответствовать мировому уровню исследований в области физики спин-орбитальных и обменных взаимодействий и выявления фундаментальных закономерностей формирования спиновой электронной структуры наносистем с сильным спин-орбитальным взаимодействием. Общественная и социальная значимость данного проекта определяется его потенциальным вкладом в развитие современных технологий в области электронных систем и использованием результатов исследований в современном высокотехнологическом производстве. В ходе выполнения проекта студенты и аспиранты будут проводить исследования на современном научном оборудовании и участвовать в решении приоритетных задач современной науки, что внесет свой вклад в развитие отечественного научного потенциала. Будут разработаны новые экспериментальные подходы и методики для синтеза и анализа электронной и спиновой структуры и электронных свойств изучаемых систем, результаты проекта будут использованы в учебном процессе.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
Работа над проектом организована от роста совершенных кристаллов, изучения физико-химических объёмных и поверхностных свойств до исследования спин-зависимых свойств изучаемых материалов и создания на их основе макета прибора. В течение года работа велась по нескольким системам: (1) – 2D системы: графен и графен-подобная система Bi/InAs(111); (2) – 3D топологические изоляторы на основе Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3 и их соединений, включая легированием ферромагнитными примесями; (3) – кристаллические топологические изоляторы на основе PbSnTe; (4) – материалы с гигантским расщеплением Рашбы на основе соединения BiTeI с ферромагнитными примесями. (1)- В графен-подобной системе Bi/InAs(111) изучено формирование монослоя висмута на поверхности InAs(111)А-(2х2) при комнатной и повышенных температурах. Целью данной работы является изучение электронной и спиновой структуры интерфейса Bi/InAs(111) с использованием фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением (SR ARPES). Осаждение Bi при комнатной температуре приводит к эпитаксиальному росту с образованием хорошо упорядоченной (1x1) гексагональной фазы. В дисперсионной зависимости E(k) отсутствует запрещенная зона на поверхности InAs, что свидетельствует о металлизации поверхности. Дисперсия вблизи уровня Ферми (0-0.5 эВ) типична для висмутовых состояний с расщеплением Рашбы. Обнаружены спин-поляризованные состояния непосредственно на уровне Ферми. Ниже уровня Ферми эти состояния пересекают щель InAs, образуя линейную дисперсию с точкой пересечения на 0.25 эВ ниже уровня Ферми. Наличие Bi-индуцированных состояний в щели InAs с линейной дисперсией аналогично графену с двумя важными отличиями: состояния спин-поляризованы и расположены в точке Г зоны Бриллюэна. Обнаружено, что положение уровня Ферми на поверхности InAs(111)A является незакрепленным и может контролируемым образом изменяться процессом адсорбции-десорбции Bi. При повышенной температуре осаждения Bi формируется структура InAs(111)A-(2sqrt3x3)-Bi. Электронная структура поверхности InAs(111)A-(2sqrt3x3)-Bi существенно отличается от наблюдаемой на поверхности InAs (111)A-(1x1)-Bi. Дисперсия содержит щель, которую, в первом приближении, можно рассматривать как щель в состояниях Рашбы. Появление щели, вероятно, вызвано сильным спин-орбитальным взаимодействием в слое висмута и пониженной симметрией интерфейса. Наблюдаемую дисперсию можно также интерпретировать как графен-подобное состояние Дирака с щелью, что может означать наличие защищенных краевых состояний, т.е. случай 2D топологического изолятора.(http://www.npo.fi/npo2017 ) Исследование способов управления электронной структурой графена при контакте с различными подложками является одним из наиболее перспективных направлений современной физики. В настоящей работе исследовалась система графена, выращенного на поверхности монокристалла Re(0001). При помощи фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением была показана возможность модификации электронной структуры графена при интрекаляции атомов свинца под графен. Интеркаляции атомов свинца наблюдалась после напыления атомов свинца на поверхность системы графен/Re(0001) и прогреве до 620С. После интеркаляции наблюдалось восстановление Дираковского конуса π-состояния графена, который разрушается в системе графен/Re(0001) за счет сильной гибридизации состояний графена с 5d состояниями Re (http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/e/index/forthcoming/61567?a=list). (2)- Экспериментально изучена адсорбция цезия на поверхность Bi2Se3. Определены места адсорбции на поверхности селенида висмута в зависимости от способа приготовления и дефектности поверхности. Показано, что наличие цезия на поверхности приводит к дополнительному спиновому расщеплению состояний Бычкова-Рашбы (https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.95.205429). Экспериментально исследован Андреевский транспорт через границу раздела между сверхпроводником In и объёмным трехмерным топологическим изолятором Bi2TE3. Изучен топологический изолятор Bi2Te3 с различным объемным и поверхностным легированием, где наличие топологического поверхностного состояния изучено прямыми измерениями методом фотоэмиссии с угловым разрешением (ARPES) (https://epljournal.edpsciences.org/articles/epl/abs/2017/17/epl18795/epl18795.html). Мы научились выращивать 3D ТИ на основе тройного соединения (Sb1−xBix)2Te3 с уровнем Ферми в запрещенной зоне, что важно для выделения дираковских поверхностных состояний в транспортных измерениях. Более того, нам удалось вырастить встроенный p-n переход в объемном кристалле (Sb1−xBix)2Te3. Используя фотоэмиссию с угловым и временным разрешением изучена релаксационная динамика носителей заряда в серии соединений (Sb1−xBix)2Te3. Обнаружено, что смещение уровня Ферми из разрешенных зон в запрещенную к точке Дирака приводит к увеличению времени релаксации с ∼10 пс сметаллического режима до >400 ps вблизи точки Дирака (https://www.nature.com/articles/s41598-017-14308-w, https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa928a).  (3)- Кристаллические топологические изоляторы PbSnTe расширяют класс трехмерных топологических изоляторов, чьи экзотические поверхностные состояния защищены кристаллической симметрией, а не симметрией обращения времени. Такие материалы характеризуются уникальной электронной и спиновой структурой: одновременным наличием объемной запрещенной зоны и Дираковским конусом спин-поляризованных поверхностных состояний проводимости, формируемых вследствие сильного спин-орбитального взаимодействия. Для выделения поверхностного транспорта и потенциального применения ТИ в спинтронике важно иметь суммарное удельное сопротивление, в котором доминируют топологически защищенные поверхностные состояния. Несмотря на большие усилия сделать ТИ материал на основе Bi2Se3 и его сплавов с низкой концентрацией объёмных носителей заряда, не удаётся повысить объемное удельное сопротивление выше нескольких десятков Ом. Твердый раствор Pb1- xSnxTe представляет собой новую возможность для изучения проявления топологических свойств поверхностного состояния в транспортных измерениях. Топологические свойства меняются от тривиального при x=0 до нетривиального при x=1, причем топологический квантовый фазовый переход при x=0.30-0.35, соответствует точке, в которой происходит инверсия зон. Методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением показано наличие поверхностного состояния с линейным законом дисперсии дираковского типа, при этом уровень Ферми расположен в запрещенной зоне и пересекает поверхностное состояние в точке Дирака. Измерение поляризации фотоэмитированных электронов с конуса Дирака показало значение поляризации свыше 30%. Более того, состояния в зоне Бриллюэна с большей энергией связи также являются спин-поляризованными. Обнаружена очень сильная зависимость от ориентации магнитного поля по отношению к электрическому полю, проявляющаяся в возникновении гигантского магнетосопротивления (МС). В режиме тока, ограниченного пространственным зарядом, при T=4.2К исследовано МС эпитаксиальных пленок PbSnTe:In/(111)BaF2 при различной взаимной ориентации магнитного поля B (напряженностью до 4 Тл) по отношению к электрическому полю E (напряженностью до∼103 В/см) и нормали к поверхности. При B параллельно n уменьшение тока достигало ∼105 раз, тогда как при B параллельно E ток увеличивался до∼103 раз. Исследованы угловые зависимости МС при “вращении” B в трех различных плоскостях. Обсуждаются возможные механизмы гигантского положительного и отрицательного МС и влияние границ пленки на угловые зависимости магнетосопротивления. Изучены транспортные свойства в режиме эффекта поля структур на основе пленок Pb0.69Sn0.31Te:In, переключающихся из «проводящего» в «изолирующее» состояние с уменьшением проводимости в 103 раз и более под действием затворного электрического поля E свыше (100–200) В/см. В пленках PbSnTe:In обнаружена сильная зависимость концентрации и подвижности носителей заряда от затворного напряжения. (https://link.springer.com/article/10.1134/S0021364017190092) (4) - Одной из наиболее перспективных платформ для спинтроники и топологических квантовых вычислений является двумерный электронный газ с сильным спин-орбитальным взаимодействием и внеплоскостным ферромагнетизмом. В контакте с s-сверхпроводником такой 2DEG может быть приведен в топологически нетривиальную сверхпроводящую фазу, и предсказывает наличие майорановских мод с нулевой энергией. Используя фотоэмиссию с угловым разрешением изучен двумерный электронный газ на поверхности полярного полупроводника BiTeI, легированного ванадием, с гигантским расщеплением Рашбы. Показано, что индуцированная ванадием намагниченность в 2DEG нарушает симметрию к обращению времени, снимая вырождение Крамерса, создавая щель около 90 мэВ в центре зоны Бриллюэна в Г точке Рашба-расщепленным поверхностным состоянии. В результате постоянный контур энергии внутри щели состоит только из одного круга с фиксированным направлением спин-импульса. Результаты показали большой потенциал магнето–легированных полупроводников с гигантским расщеплением типа Рашбы для реализации новых состояний материи (https://www.nature.com/articles/s41598-017-03507-0).

 

Публикации

1. A. A. Rodionov, V.A. Golyashov, I.B. Chistokhin, A.S. Jaroshevich, I.A. Derebezov, V.A. Haisler, T.S. Shamirzaev, I.I. Marakhovka, A.V. Kopotilov, N.V. Kislykh, A.V. Mironov, V.V. Aksenov, and O.E. Tereshchenko Photoemission and Injection Properties of a Vacuum Photodiode with Two Negative-Electron-Affinity Semiconductor Electrodes PHYSICAL REVIEW APPLIED, - (год публикации - 2017).

2. A. M. Shikin, V. Yu. Voroshin, A .G. Rybkin, K. A. Kokh, O.E. Tereshchenko, Y. Ishida, A. Kimura Gigantic 2D laser-induced photovoltaic effect in magnetically doped topological insulators for surface zero-bias spin-polarized current generation 2D Materials, 5, 015015 (год публикации - 2018).

3. I.I. Klimovskikh, A.M. Shikin , M.M. Otrokov, A. Ernst, I. P. Rusinov, O. E. Tereshchenko, V.A. Golyashov, J. Sánchez-Barriga, A.Yu. Varykhalov, O. Rader, K. A. Kokh & E. V. Chulkov Giant Magnetic Band Gap in the Rashba-Split Surface State of Vanadium-Doped BiTeI: A Combined Photoemission and Ab Initio Study Scientific Reports, 7, 3353 (год публикации - 2017).

4. K. Sumida, Y. Ishida, S. Zhu, M.Ye, A. Pertsova, C. Triola, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, A.V. Balatsky, S. Shin , A. Kimura Prolonged duration of nonequilibrated Dirac fermions in neutral topological insulators Scientific Reports, 7, 14080 (год публикации - 2017).

5. M. M. Otrokov, A. Ernst, K. Mohseni, H. Fulara, S. Roy, G. R. Castro, J. Rubio-Zuazo, A. G. Ryabishchenkova, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, Z. S. Aliev, M. B. Babanly, E. V. Chulkov, H. L. Meyerheim, and S. S. P. Parkin Geometric and electronic structure of the Cs-doped Bi2Se3 (0001) surface Physical Review B, - (год публикации - 2017).

6. O.O. Shvetsov, V.A. Kostarev, A. Kononov, V.A. Golyashov, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, E.V. Deviatov Conductance oscillations and zero-bias anomaly in a single superconducting junction to a three-dimensional Bi2Te3 topological insulator EPL (Europhysics Letters), 119, 57009 (год публикации - 2017).

7. А. Э. Климов, В. С. Эпов Гигантское магнетосопротивление пленок PbSnTe:In в режиме токов, ограниченных пространственным зарядом: угловые особенности и влияние поверхности Письма в ЖЭТФ, - (год публикации - 2017).

8. Д.А. Естюнин, И.И.Климовских, В.Ю.Ворошнин, Д.М.Состина, Л. Петача, Г. ДиСанто, А.М.Шикин ФОРМИРОВАНИЕ КВАЗИСВОБОДНОГО ГРАФЕНА С ЗАПРЕЩЕННОЙ ЗОНОЙ В ТОЧКЕ ДИРАКА ПРИ ИНТЕРКАЛЯЦИИ АТОМОВ Pb ПОД ГРАФЕН НА Re(0001) ЖЭТФ, - (год публикации - 2017).

9. О.Е. Терещенко Спин-детектор свободных электронов на основе полупроводниковых гетероструктур ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, 2 625 538 C1 (год публикации - 2017).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Работа над проектом организована от роста совершенных кристаллов, изучения физико-химических объёмных и поверхностных свойств до исследования спин-зависимых свойств изучаемых материалов и создания на их основе макета прибора. В течение года работа велась по 2D висмут-графенподобной системе, системам с гигантским с гигантским расщеплением Рашбы и 3D топологическим изоляторам. Впервые проведено исследование процесса фотоэмиссии с угловым и субпериодным временным разрешением [https://doi.org/10.1038/s41586-018-0544-x]. Это позволило наблюдать процесс ускорения фермионов Дирака, вызванный терагерцовой (ТГц) электромагнитной волной, в квазирелятивистской дисперсионной зоне топологического поверхностного состояния Bi2Te3. Ускорение носителей в состояниях Дирака в электрическом поле ТГц волны приводит к сильному перераспределению электронов в импульсном пространстве и значительной плотности тока. По сравнению с массивными квазичастицами, квазирелятивистские носители в топологических состояниях могут быть ускорены практически без инерции. Благодаря высокой Ферми скорости, малому рассеянию и линейной зонной структуре, ускоренные электромагнитной волной фермионы Дирака могут баллистически распространяются в бездисперсионных волновых пакетах на расстояния до нескольких 100 нм. Эта рекордная дистанция значительно превышает ширину затвора современных транзисторов, делая перспективным создание устройств на трехмерных топологических изоляторах (ТИ) с использованием полностью когерентного переноса электронов с частотой электромагнитной волны. Благодаря жесткой связи в ТИ состояниях спина и импульса электрона, баллистические электроны Дирака переносят спиновый ток, что также может позволить развивать спинтронику до оптических частот. Продемонстрирован переход от электронной структуры с гигантским рашбовским расщеплением к топологическому изолятору с дираковским законом дисперсии при прогревах в вакууме соединения BiTeI [https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac75e]. Целью данной работы являлось изучение возможности формирования гетероструктур ТИ /BiTeI на поверхности (0001) BiTeI при прогреве ее вакууме. Идея трансформации соединения BiTeI из полупроводника с гигантским расщеплением Рашбы в состояние ТИ состояла в последовательном уменьшении концентрации йода в приповерхностной области BiTeI путем десорбции в вакууме и формировании соединения, близкого по стехиометрии к Bi2Te2I, являющегося трехмерным ТИ. Было изучено влияние прогревов в вакууме на химический состав, морфологию и электронные свойства поверхности скола (0001) BiTeI. Установлено, что при температурах отжига 200-250℃ вследствие изменения стехиометрического состава поверхностного слоя, в поверхностных слоях происходит структурный фазовый переход от трехслойной структуры BiTeI к квинтислойной Bi2Te2I, с формированием электронной структуры, сочетающей расщепление Рашбы с существованием топологическое поверхностное состояния. Получено хорошее согласие между экспериментально обнаруженными особенностями строения зонной структуры и расчетами [https://doi.org/10.1088/1367-2630/aac75e]. Изучен фотовольтаический эффект как в чистых топологических изоляторах, так и легированных различными примесями [https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa928a, https://doi.org/10.1063/1.5008466]. Показано, что воздействием интенсивным инфракрасным светом можно значительно изменять величину изгиба зон и тем самым управлять приповерхностным спин-поляризованным фототоком [https://doi.org/10.1063/1.5008466]. В легированных соединениях Bi1.97V0.03Te2.4Se0.6, Bi1.31V0.03Sb0.66Te3 и Bi1.4Sb0.6Te1.8Se1.2 показана возможность создания больших значений поверхностной фотоэдс близких к объемной ширине запрещенной зоны [https://doi.org/10.1088/2053-1583/aa928a]. Было продолжено изучение зонной и спиновой структуры монослоя висмута на поверхности InAs(111)А-(2х2). Доказано наличие Bi-индуцированных состояний в щели InAs с линейной дисперсией аналогично графену с двумя важными отличиями: состояния спин-поляризованы и расположены в точке Г зоны Бриллюэна. При повышенной температуре осаждения Bi формируется структура InAs(111)A-(23x3)-Bi. Дисперсия содержит фундаментальную щель. Появление щели, вероятно, вызвано сильным спин-орбитальным взаимодействием в слое висмута. Наблюдаемую дисперсию можно интерпретировать как графен-подобное состояние Дирака с щелью, что может означать наличие защищенных краевых состояний, т.е. случай 2D топологического изолятора. Изучена электронная структура и спиновая поляризация поверхностных и объемных состояний легированных кристаллов Bi2-xSbxTe3 [10.1103/PhysRevB.97.245407] и Bi2-xSbxTe3-хSex методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением [www.nature.com/scientificreports/10.1038/s41598-018-24716-1, https://doi.org/10.1002/pssb.201800264, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2017.12.035]. Впервые экспериментально наблюдалось сильное (до 4 раз) изменение тока, ограниченного пространственным зарядом, в образцах на основе полуизолирующих пленок PbSnTe: In, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках (111) BaF2. Полученные результаты согласуются с экспериментами по влиянию на ток, ограниченный пространственным зарядом, обработки поверхности пленок PbSnTe : In с изменением величины тока до 10е3 и более раз. На качественном уровне рассмотрена модель, предполагающая существенный вклад локализованных поверхностных состояний в пространственный заряд [10.1134/S1063782618120035]. Методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением экспериментально изучено влияние ультратонкой пленки Pb на поверхности соединений Bi2Se3 и Sb2Te3 на структуру электронных состояний топологических изоляторов. Выявлено наличие следующих особенностей: формирование двумерных состояний квантовой ямы в приповерхностной области, возрастание энергии связи дираковского конуса и внутренних уровней и одновременное перераспределение интенсивности электронных состояний системы в фотоэлектронных спектрах. Полученные результаты свидетельствуют о том, что топологические состояния имеют возможность существовать на границе раздела изучаемых материалов со сверхпроводником, что представляется перспективным для применения в квантовых компьютерах [10.7868/S0044451018040120]. Методом лазерной молекулярно-лучевой эпитаксии получены слои Co40Fe40B20 на подложках топологического изолятора Bi2Te3 и изучены условия их роста. Впервые продемонстрирована возможность выращивания эпитаксиальных слоев ферромагнетика на поверхности топологического изолятора. Полученные слои CoFeB имеют ОЦК-кристаллическую структуру с кристаллической плоскостью (111), параллельной плоскости (001) Bi2Te3. Использование трехмерного картографирования в обратном пространстве картин дифракции быстрых электронов позволило определить эпитаксиальные соотношения пленки и подложки [10.21883/0000000000].

 

Публикации

1. A. M. Shikin, A. A. Rybkina, D. A. Estyunin, D. M. Sostina, I. I. Klimovskikh, A. G. Rybkin, Yu. A. Surnin, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, G. Di Santo, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin, A. Kimura, E. V. Chulkov, and E. E. Krasovskii Signatures of in-plane and out-of-plane magnetization generated by synchrotron radiation in magnetically doped and pristine topological insulators Physical Review B, 97, 245407 (год публикации - 2018).

2. A. M. Shikin, A. A. Rybkina, D. A. Estyunin, D. M. Sostina, I. I. Klimovskikh, V. Yu. Voroshnin, A. G. Rybkin, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, L. Petaccia, G. Di Santo, A. Kimura, P. N. Skirdkov, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin Dirac cone intensity asymmetry and surface magnetic field in V-doped and pristine topological insulators generated by synchrotron and laser radiation Scientific Reports, 8, 6544 (год публикации - 2018).

3. A. S. Ketterl, S. Otto, M. Bastian, B. Andres, C. Gahl, J. Minár, H. Ebert, J. Braun, O. E. Tereshchenko, K.A. Kokh, Th. Fauster, and M. Weinelt Origin of spin-polarized photocurrents in the topological surface states of Bi2Se3 Phys. Rev. B, 98, 155406 (год публикации - 2018).

4. A.K. Kaveev, N.S. Sokolov, S.M. Suturin, N.S. Zhiltsov, V.A. Golyashov, K.A. Kokh, I.P. Prosvirin, O.E. Tereshchenko, and M. Sawada Crystalline structure and magnetic properties of structurally ordered cobalt‐iron alloys grown on Bi- containing topological insulators and systems with giant Rashba splitting CrystEngComm, V. 20, p.3419-3427 (год публикации - 2018).

5. A.M. Shikin, V.Yu. Voroshin, A.G. Rybkin, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, Y. Ishida, A. Kimura Gigantic 2D laser-induced photovoltaic effect in magnetically doped topological insulators for surface zero-bias spin-polarized current generation 2D Materials, 5, 015015 (год публикации - 2018).

6. E. Annese, T. Okuda, E. F. Schwier, H. Iwasawa, K. Shimada, M. Natamane, M. Taniguchi, I. P. Rusinov, S. V. Eremeev, K. A. Kokh, V. A. Golyashov, O. E. Tereshchenko, E. V. Chulkov, and A. Kimura Electronic and spin structure of the wide-band-gap topological insulator: Nearly stoichiometric Bi2Te2S Phys. Rev. B, 97, 205113 (год публикации - 2018).

7. I.V. Zhevstovskikh, Y.S. Ponosov, S.G. Titova, N.S. Averkiev, V.V. Gudkov, M.N. Sarychev, T.V. Kuznetsova, K.A. Kokh, and O.E. Tereshchenko Anomalous Behavior of the Elastic and Optical Properties in Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 Topological Insulator Induced by Point Defects Phys. Status Solidi B, 1800264 (год публикации - 2018).

8. J. Reimann, S. Schlauderer, C.P. Schmid, F. Langer, S. Baierl, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, A. Kimura, C. Lange, J. Güdde, U. Höfer, R. Hube Subcycle observation of lightwave-driven Dirac currents in a topological surface band Nature, 562, 396 (год публикации - 2018).

9. M. F. Islam and C. M. Canali, A. Pertsova, A. Balatsky, C. Carbone, A. Barla, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, E. Jimenez, P. Gargiani, M. Valvidares, S. Schatz, T. R. F. Peixoto, H. Bentmann, F. Reinert, J. Jung, T. Bathon, K. Fauth, M. Bode, P. Sessi Systematics of electronic and magnetic properties in the transition metal doped Sb2Te3 quantum anomalous Hall platform Phys. Rev. B, 97, 155429 (год публикации - 2018).

10. M. Nurmamat, E. E. Krasovskii, Y. Ishida, K. Sumida, Jiahua Chen, T. Yoshikawa, E. V. Chulkov, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and Akio Kimura Ultrafast dynamics of an unoccupied surface resonance state in Bi2Te2Se PHYSICAL REVIEW B, v. 97, p. 115303 (год публикации - 2018).

11. M.V. Filianina, I.I. Klimovskikh, I.A. Shvets, A.G. Rybkin, A.E. Petukhov, E.V. Chulkov, V.A. Golyashov, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, C. Polley, T. Balasubramanian, M. Leandersson, A.M. Shikin Spin and electronic structure of the topological insulator Bi1.5Sb0.5Te1.8Se1.2 Materials Chemistry and Physics, v.207, р.253 (год публикации - 2018).

12. O. Storz, P. Sessi, S. Wilfert, C. Dirker, T. Bathon, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko Landau Level Broadening in the Three-Dimensional Topological Insulator Sb2Te3 Phys. Status Solidi RRL, 1800112 (год публикации - 2018).

13. P. Rüßmann, S.K. Mahatha, P. Sessi, M.A. Valbuena, T. Bathon, K. Fauth, S. Godey, A. Mugarza, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, P. Gargiani, M. Valvidares, E. Jiménez, N.B. Brookes, Matthias Bode, G. Bihlmayer, S. Blügel, P. Mavropoulos, C. Carbone, A. Barla Towards microscopic control of the magnetic exchange coupling at the surface of a topological insulator J. Phys.: Mater., 1, 015002 (год публикации - 2018).

14. R. Akiyama, K. Sumida, S. Ichinokura, R. Nakanishi, A. Kimura, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko and S. Hasegawa Shubnikov–de Haas oscillations in p and n-type topological insulator (BixSb1−x)2Te3 J. Phys.: Condens. Matter, 30, 265001 (год публикации - 2018).

15. S. Fiedler, S.V. Eremeev, V.A. Golyashov, A.K. Kaveev, O.E. Tereshchenko, K.A. Kokh, E.V. Chulkov, H. Bentmann and F. Reinert Topological states induced by local structural modification of the polar BiTeI(0001) surface New J. Phys., 20, 063035 (год публикации - 2018).

16. T. Yoshikawa, Y. Ishida, K. Sumida, J. Chen, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura Enhanced photovoltage on the surface of topological insulator via optical aging Appl. Phys. Lett., 112, 192104 (год публикации - 2018).

17. А.К. Кавеев, С.М. Сутурин, Н.С. Соколов, К.А. Кох, О.Е. Терещенко A Study of the Crystal Structure of Co40Fe40B20 Epitaxial Films on a Bi2Te3 Topological Insulator Technical Physics Letters, Vol. 44, No. 3, pp . 184 (год публикации - 2018).

18. А.Н. Акимов, А.Е. Климов, В.С. Эпов Field Effect in PbSnTe:In Films with Low Conductivity in the Mode of Injection from Contacts and Space-Charge Limitation of the Current Semiconductors, Vol. 52, No. 12, pp. 1505–1510 (год публикации - 2018).

19. Ю. А. Сурнин, И. И. Климовских, Д. М. Состина, К. А. Кох, О. Е. Терещенко, А. М. Шикин ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАТОНКИХ ПЛЕНОК Pb НА ПОВЕРХНОСТНЫЕ ТОПОЛОГИЧЕСКИЕ И КВАНТОВО-РАЗМЕРНЫЕ СОСТОЯНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ИЗОЛЯТОРОВ Bi2Se3 И Sb2Te3 ЖЭТФ, том 153, вып. 4, стр. 649–655 (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В 2019 году, продолжая работу по росту объемных кристаллов топологических изоляторов, мы интенсивно начали работать над ростом и изучением тонких пленок топологических изоляторов. 1. К настоящему моменту нами создана двухкамерная установка молекулярно-лучевой эпитаксии на базе камер «Катунь», позволяющая в одной камере растить буферные слои BaF2 на Si для создания подложки, а во второй камере – растить эпитаксиальные слои PbSnTe. Кристаллические топологические изоляторы PbSnTe расширяют класс трехмерных топологических изоляторов, чьи экзотические поверхностные состояния защищены кристаллической симметрией, а не симметрией обращения времени. Такие материалы характеризуются уникальной электронной и спиновой структурой: одновременным наличием объемной запрещенной зоны и Дираковским конусом спин-поляризованных поверхностных состояний проводимости, формируемых вследствие сильного спин-орбитального взаимодействия. Для выделения поверхностного транспорта и потенциального применения ТИ в спинтронике важно иметь суммарное удельное сопротивление, в котором доминируют топологически защищенные поверхностные состояния. Топологические свойства меняются от тривиального при x=0 до нетривиального при x=1, причем топологический квантовый фазовый переход при x~0.30-0.35, соответствует точке, в которой происходит инверсия зон. Методом фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением показано наличие поверхностного состояния с линейным законом дисперсии дираковского типа, при этом уровень Ферми расположен в запрещенной зоне и пересекает поверхностное состояние в точке Дирака. Измерение поляризации фотоэмитированных электронов с конуса Дирака показало значение поляризации свыше 30%. Более того, состояния в зоне Бриллюэна с большей энергией связи также являются спин-поляризованными. 2. Впервые измерен спин-вентильный эффект в кристаллическом топологическом изоляторе PbSnTe:In с контактами из различных ферромагнитных металлов. Измерения магнетосопротивления были проведены в геометрии локального спин-вентильного эффекта с использованием четырехконтактной схемы измерения. Спин-вентильный эффект определяется относительным магнетосопротивлением: deltaR/Rпар=(Rанти-Rпар)/Rпар. В геометрии локального спин-вентильного эффекта наблюдался классический спин-вентильный эффект с величиной переключения магнетосопротивления deltaR/Rпар около 0.15 %. Величина спин-вентильного эффекта зависит от соотношения межконтактного расстояния и длины спиновой релаксации. Так, например, величина спин-вентильного эффекта deltaR/Rпар в хорошо изученных InAs квантовых ямах составляет менее 0.029% при межконтактном расстоянии около 2 мкм. В образцах Pb0.72Sn0.28Te отношение deltaR/ Rпар достигло 0.15 % при расстоянии между контактами 30 мкм и уменьшалось только в два раза при разнесении контактов на расстояние до 100 мкм, что указывает на наличие значительной длины спиновой релаксации, оценочно превышающей несколько десятков микрон. Возможным объяснением столь значительной длины спиновой релаксации является наличие спин-поляризованных поверхностных состояний, обнаруженных нами с помощью метода фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением. 2. Впервые в пленках топологического кристаллического изолятора PbSnTe:In в эффекте поля наблюдалось гигантское (до 105 раз) изменение проводимости в режиме тока, ограниченного пространственным зарядом (ТОПЗ), со сложной динамикой, определяемой сложным спектром локализованных объемных и поверхностных состояний. Исследования поверхностного транспорта с помощью эффекта поля (ЭП) практически отсутствуют как для ТКИ-составов, так и для PbSnTe с нормальным энергетическим спектром. На качественном уровне установлено соответствие модели, в которой внешнее поле E экранируется как подвижными носителями заряда в объеме, так и носителями, локализованными на поверхности PbSnTe:In на ловушках с разными параметрами. Зависящее от условий измерения ЭП заполнение таких ловушек и определяет сложную динамику наблюдаемых эффектов. Таким образом, мы показали, что для ТКИ возможно сочетание спин-вентильного и эффекта поля, которое позволит проверить работу структуры ферромагнетик/ТИ в режиме спин-зависимого «транзистора». 3. Создана установка газотранспортной эпитаксии, которая позволяет выращивать ТИ толщиной от нескольких до 1000 нм. В качестве подложек для отработки технологии нами использовалась слюда, «транзисторные» структуры выращивались на графене, перенесенным на подложку Si/SiO2, которая выполняла роль затвора. 4. Мы продолжили изучение графен-подобной системы Bi/InAs(111). Целью данной работы является изучение электронной и спиновой структуры интерфейса Bi/InAs(111) с использованием фотоэмиссии с угловым и спиновым разрешением (SR ARPES). Показано, что дираковская дисперсия содержит фундаментальную щель, появление связано с сильным спин-орбитальным взаимодействием в слое висмута и пониженной симметрией интерфейса. Наблюдаемую дисперсию можно также интерпретировать как графен-подобное состояние Дирака с щелью, что может означать наличие защищенных краевых состояний, т.е. случай 2D топологического изолятора. Показано, что состояния являются спин-поляризованными. Подготовлена к публикации работа по формированию границы раздела Bi/InAs с графено-подобными краевыми состояниями в монослое висмута на поверхности InAs(111). Результаты докладывались на Третьей российской конференции «ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ», Новосибирск, август 2019, приглашенный доклад. 5. На синхротроне HiSOR (Хиросима) в октябре 2019 проведены фотоэмиссионные измерения с угловым и спиновым разрешением по изучению фазового перехода от обычного изолятора к топологическому изолятору в системе PbSnTe в зависимости от соотношения свинца и олова и температуры кристалла. Получены начальные результаты по фазовому переходу в твердом растворе Pb(1-х)Sn(х)Te в области х=0.35, а также выделению спин-поляризованного поверхностного состояния и измерения спиновой поляризации. 6.Проведен синтез соединений TaAs, TaP, FeTe, LaOBiS2, а также производные от этих соединений. Определены оптимальные условия синтеза и роста этих соединений модифицированным методом Бриджмана и газотранспортным методом переноса. Показано, что исследуемые полуметаллы имеют n-тип проводимости, проявляют металлический характер проводимости (n~1x10e19 cm-3). Коэффициент Зеебека в изученных соединениях достигал величины 200 muV/K при комнатной температуре. 7. Продемонстрирован амбиполярный фотоэлектрический сдвиг на поверхности образцов Bi2Te3 n- и p-типа, в которых величина сдвига хорошо контролируется интенсивностью накачки. Обнаружена зависимость в изменении заполнения топологических поверхностных состояний от полярности фотоэдс, которая длится более 4 мкс. Результаты объяснены наличием барьера Шоттки между металлическим поверхностным состоянием и полупроводниковым объемом ТИ.

 

Публикации

1. A.M. Shikin, D.A. Estyunin, Yu.I. Surnin, A.V. Koroleva, E.V. Shevchenko, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, S. Kumar, E.F. Schwier, K. Shimada, T. Yoshikawa, Y. Saitoh, Y. Takeda, A. Kimura Dirac gap opening and Dirac fermion-mediated magnetic coupling in antiferromagnetic Gd doped topological insulators and their manipulation by synchrotron radiation Scientific Reports, 9, 4813 (год публикации - 2019).

2. Atuchin V.V., Gavrilova T.A., Kokh K.A., Kuratieva N.V., Pervukhina N.V., Surovtsev N.V. and Tereshchenko O.E. Structural and vibrational properties of PVT grown BiTeCl microcrystals Materials Research Express, 6, 4, 045911 (год публикации - 2019).

3. I.V. Antonova, N.A. Nebogatikova, K.A. Kokh, D.A. Kustov, R.A. Soots, V.A. Golyashov, O.E. Tereshchenko Electrochemically exfoliated thin Bi2Se3 films and van der Waals heterostructures Bi2Se3/graphene Nanotechnology, - (год публикации - 2020).

4. K Sumida., M. Kakoki, J. Reimann, M. Nurmamat, S. Goto, Y. Takeda, Y. Saitoh, K.A. Kokh, O.E. Tereshchenko, J. Güdde, U. Höfer and A. Kimura Magnetic-impurity-induced modifications to ultrafast carrier dynamics in the ferromagnetic topological insulators Sb2-xVxTe3 New Journal of Physics, 21, 093006 (год публикации - 2019).

5. K. Sumida, Y. Ishida, T. Yoshikawa, J. Chen, M. Nurmamat, K.A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura Inverted Dirac-electron population for broadband lasing in a thermally activated p-type topological insulator Physical Review B, 99, 085302 (год публикации - 2019).

6. Kaveev A.K., Golyashov V.A., Klimov A.E., Schwier E.F., Suturin S.M., Tarasov A.S., Tereshchenko O.E. Structure and magneto-electric properties of Co-based ferromagnetic films grown on the Pb0.71Sn0.29Te crystalline topological insulator Materials Chemistry and Physics, 240, 122134 (год публикации - 2020).

7. P. K. Das, T. J. Whitcher, M. Yang, X. Chi, Y. P. Feng, W. Lin, J. S. Chen, I. Vobornik, J. Fujii, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, C. Z. Diao, Jisoo Moon, Seongshik Oh, A. H. Castro-Neto, M. B. H. Breese, A. T. S. Wee, and A. Rusydi Electronic correlation determining correlated plasmons in Sb-doped Bi2Se3 Physical Review B, 100, 115109 (год публикации - 2019).

8. T. Yoshikawa, K. Sumida, Y. Ishida, J. Chen, M. Nurmamat, K. Akiba, A. Miyake, M. Tokunaga, K. A. Kokh, O. E. Tereshchenko, S. Shin, and A. Kimura Bidirectional surface photovoltage on a topological insulator Physical Review B, 100, 165311 (год публикации - 2019).

9. Климов А.Э., Акимов А.Н., Ахундов И.О., Голяшов В.А., Горшков Д.В., Ищенко Д.В., Сидоров Г.Ю., Супрун С.П., Тарасов А.С., Эпов В.С., Терещенко О.Е. Surface Сonductivity Dynamics in PbSnTe:In Films in the Vicinity of a Band Inversion Semiconductors, 53, 9, 1182-1186 (год публикации - 2019).

10. Тарасов А.С., Ищенко Д.В., Акимов А.Н., Ахундов О.И., Голяшов В.А., Климов А.Э., Пащин Н.С., Супрун С.П., Федосенко Е.В., Шерстякова В.Н., Терещенко О.Е. Modification of the surface properties of PbSnTe<In> epitaxial layers with composition near band inversion Technical Physics, 64, 11, 1704–1708 (год публикации - 2019).


Возможность практического использования результатов
В течение проекта нами создан научный и технологический задел для дальнейшего продолжения работ по теме проекта: создана двухкамерная установка молекулярно-лучевой эпитаксии на базе камер «Катунь», позволяющая в одной камере растить буферные слои BaF2 на Si для создания подложки, а во второй камере – растить эпитаксиальные слои PbSnTe. На данной установке отрабатывается технология роста высококачественных слоев PbSnTe, которые планируется использовать в качестве детекторов в области излучения далекого ИК и ТГц. Структуры на основе PbSnTe могут найти применение в криогенной электроники и спинтроники. Разработанный спин-детектор имеет перспективы быть использованным в электронной спектроскопии.