Российские ученые совместно с коллегами из Международного физического центра Доностии (DIPC) совершили значительный прорыв в области материалов с топологическими свойствами. Им удалось создать новый гибридный материал на основе бислоя висмута и семейства материалов MnBi₂Te₄, который обладает уникальными электронными и магнитными свойствами.
Результаты исследования открывают новые перспективы для создания электронных устройств нового поколения. Работа опубликована в журнале Materials Today Advances.
«Мы создали новый материал, в котором свойства бислоя висмута и магнитной подложки взаимодействуют особым образом. Это позволяет тонко настраивать электронные свойства материала и создавать новые квантовые состояния», — говорит Александр Фролов, заведующий лаборатории фотоэлектронной спектроскопии квантовых функциональных материалов Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Топологические изоляторы — это материалы, которые ведут себя как изоляторы внутри, но проводят электрический ток по поверхности. Сверхтонкие пленки висмута представляют собой один из наиболее перспективных 2D топологических материалов. Однако добавление к нему магнитных свойств подложки из MnBi₂Te₄ продемонстрировало уникальные эффекты. Подложка, в свою очередь, является магнитным топологическим изолятором. Такие гетероструктуры открывают новые возможности для создания квантовых устройств. Например, они могут послужить основой для создания стабильных и эффективных кубитов, спинтронных устройств.
Соединения на основе MnBi₂Te₄ являются объектом пристального внимания исследователей в области топологических материалов. В настоящей работе международный коллектив ученых исследовал гетероструктуры на основе бислоя висмута и соединений MnBi₂Te₄. Применение фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением позволило детально изучить электронную структуру полученных образцов и раскрыть новые аспекты взаимодействия между бислоем висмута и топологическим изолятором в качестве подложки.
Одним из ключевых результатов работы стало обнаружение новых электронных состояний на границе раздела между бислоем висмута и магнитной подложкой. В частности, ученые смогли предсказать состояния с высоким числом Черна. Это значит, что ученые могут получить волновую функцию, описывающую топологический изолятор.
Исследование является важным шагом в развитии области топологических материалов. Полученные результаты могут привести к созданию новых устройств с высокой энергоэффективностью и устойчивостью к внешним воздействиям.
Работа выполнена большим коллективом ученых из Международного физического центра Доностии (DIPC, Испания), Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Санкт-Петербургского государственного университета, Хиросимского университета (Япония), Института катализа имени Г. К. Борескова, СО РАН, Института геологии и минералогии имени С. Л. Соболева СО РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, Центра передовых лазерных технологий Института физики (Хорватия), ELETTRA (Италия), ALBA (Испания), Университета Страны Басков (Испания), Новосибирского государственного университета и Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.