Razvoj »pravega« topološkega izolatorja na osnovi Bi2Se3
Vsebina projekta
Bi2Se3 je eden izmed najbolj razširjenih 3D topološki izolator (TI). Eden glavnih izzivov pri uporabi Bi2Se3 je prisotnost močnega n-tip dopiranja zaradi prisotnosti napak (pretežno Se vrzeli). V takih primerih se izmerjena raven Fermijevega nivoja nahaja v prevodnem pasu Bi2Se3 (in ne v prepovedanem pasu), kar onemogoča izrabo polariziranih elektronov v topoloških površinskih stanjih. Napake delujejo kot sipalni centri in s tem višajo gostoto nosilcev naboja. Zato ostaja doseganje prevladujčega površinskega transporta naboja TI zahtevna naloga,
Za nadaljnji napredek pri uporabi TI je potrebno več raziskav osredotočiti na pripravo bolj izolacijskih TI. Pri tem si lahko zelo pomagamo z najsodobnejšimi metodologijami za karakterizacijo, ki omogočajo preučevanje izredno nizke gostote strukturnih napak.
Projekt se izvaja v sodelovanju s École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL- Švica)
Cilji projekta
Teoretični koncept topološkega izolatorja predvideva obstoj spinsko polariziranih prevodnih elektronov na površini kristala in izolacijsko obnašanje v notranjosti. Vendar to idealno stanje eksperimentalno še ni bilo izvedeno zaradi prisotnosti strukturnih napak, ki povzročajo nepolariziran večinski tok. Za nadaljnje izkoriščanje topoloških izolatorjev v spintronski tehnologiji moramo znižati povišano prevodnost z zmanjšanjem koncentracije strukturnih napak.
Cilji tega projekta so:
1.) raziskati naš inovativni pristop - zlato črpalko - za zmanjšanje koncentracije napak in povečanje kristane upornosti Bi2Se3 proti Mottovi meji (3·1014 cm-3)
2.) raziskati lokalne strukture napak v modificiranem topološkem izolatorju na osnovi Bi2Se3, da bi razumeli alternativne pristope, ki jih je mogoče uporabiti za povečanje kristalne upornosti.
Trajanje projekta: 1.12.2021 – 30.11.2024
Financiranje: Projekt financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (šifra projekta J2-3039).
Projektna skupina
- prof. dr. Matjaž Valant (UNG)SICRIS
- prof. dr. Mattia Fanetti (UNG) SICRIS
- prof. dr. Sandra Gardonio (UNG)SICRIS
- doc. dr. Blaž Belec (UNG)SICRIS
- prof. dr. Vasiliki Tileli (EPFL)
- dr. Saul Estandia Rodigruez (EPFL)
Faze projekta
DS1: Obvadovanje strukturnih točkovnimi napakami s tehnikami procesiranja in post-procesiranja
DS2: Karakterizacija elektronskih in transportnih lastnosti sintetiziranih 3D in 2D sistemov na osnovi Bi2Se3
DS3: TEM analiza lokalnih napak in njihovega kemičnega okolja v 3D sistemih Bi2Se3
DS4: Analiza dinamika napak in meritve prevodnega pasu 2D plasti Bi2Se3 z in-situ tehnikami TEM
Rezultati projekta
