Работа сотрудника Отделения теоретической физики НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ, к.ф.-м.н. Рамиля Ниязова поддержана грантом Президента РФ для молодых ученых – кандидатов наук. Тема работы – «Теоретическое исследование шумовых характеристик топологических квантовых интерферометров».
В настоящее время активно исследуются недавно открытые материалы с топологической нетривиальной зонной структурой – топологические изоляторы. Такие материалы в объеме являются диэлектриками, но на краю содержат топологически защищенные проводящие электронные состояния. Благодаря тому, что двухмерные топологические изоляторы на краю имеют одномерные баллистические квантовые каналы, то они естественным образом являются квантовыми интерферометрами: если присоединить к ним металлические электроды, то, из-за эффекта Ааронова-Бома, можно будет управлять транспортом электронов в системе с помощью магнитного поля, пронизывающего образец. Однако, интерференция возможна только при наличии магнитного дефекта на краю – магнитной примеси или магнитного зонда – иначе транспорт в системе из-за топологической защиты будет только баллистическим.
Такие системы исследуются как теоретически, так и экспериментально и обладают рядом замечательных особенностей. Так, в высокотемпературном режиме эффект Ааронова-Бома проявляется в идентичных антирезонансах кондактанса при полуцелых и целых значениях магнитного потока в единицах кванта потока (в обычных материалах антирезонансы возникают только при полуцелых значениях). Кроме того, получаемая интерференционная картина является универсальной: она не зависит от длины плечей интерферометра и положения магнитных дефектов. Благодаря своим особенностям такие топологические квантовые интерферометры (ТКИ) могут быть использованы как спиновые поляризаторы управляемые магнитных полем, как высокочувствительные детекторы магнитного поля и как элементы схем для проведения квантовых вычислений.
Однако проведенные исследования ТКИ обсуждают в основном величины, связанные со средним значением тока – кондактанс и спиновую поляризацию. Известно, что этого недостаточно для получения полной информации о квантовых эффектах в транспорте электронов. Так, дробовой шум является следствием дискретности переносчика заряда и выражается через усреднение по ансамблю частиц от квадрата отклонения тока от величины среднего тока. Его измерение можно использовать для получения информации недоступной из измерений кондактанса: определить заряд и статистику переносчиков тока, и внутренние энергетические масштабы системы.
Поддержанное грантом Президента РФ исследование направлено на теоретическое изучение дробового шума в ТКИ. Планируется вычислить дробовой шум, провести анализ полученного выражения и его зависимость от магнитного потока, пронизывающего образец. Затем вычислить фактор Фано и сравнить с другими системами. Это может быть важно со стороны возможного применения в спинтронике, детектирования магнитного поля, а также квантовых вычислений. Мы надеемся, что полученные результаты станут стимулом для проведения экспериментальных исследований таких систем.
Рамиль Ниязов является руководителем гранта. Вместе с ним в гранте участвует инженер-исследователь СТКС ОТФ Юлия Барамыгина, студентка СПбГУ.
Ниязов Р.А. работает в НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ с 2014 г., сейчас он занимает должность ученого секретаря ОТФ. Является автором 10 работ, опубликованных в ведущих международных журналах. Защитил кандидатскую диссертацию в 2017 г. В 2018 г. стал лауретатом премии имени И.В. Курчатова НИЦ «Курчатовский институт» среди работ молодых научных сотрудников и инженеров – исследователей. Его работы неоднакратно были отмечены премиями НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. Ниязов Р.А. являлся руководителем грантов РФФИ для молодых ученых, получал стипендии фондов развития теоретической физики Династия и Базис.