Переход из трех в два измерения повышает проводимость

Ученые факультета молекулярной и химической физики МФТИ впервые описали поведение электронов в ранее неизученном аналоге графена: в двумерных кристаллах ниобата теллура, и выяснили, как влияет двумерность на проводящие свойства — полученные данные помогут в будущем создать плоские и гибкие электронные устройства.

Группа ученых из России и США, в состав которой входили Павел Сорокин и Любовь Антипина из МФТИ, исследовали свойства кристаллов ниобата теллура с атомами кремния — Nb3SiTe6. По своей структуре они напоминают сэндвичи толщиной в три атома (около 4 ангстрем): слой теллура, слой ниобия с «вкрапленными» атомами кремния, а затем снова слой теллура. Эти вещества относятся к классу дихалькогенидов, которые многие ученые рассматривают как перспективные варианты двумерных полупроводников. Результаты их изысканий опубликованы в научном журнале Nature Physics.

В лаборатории Университет Тулейна (Новый Орлеан) ученые получили кристаллы Nb3SiTe6, затем «отщепили» от них двумерные слои — образцы, которые исследовали с помощью трансмиссионной электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа и других методов. Целью исследователей было проверить, как в двумерном веществе меняется электрон-фононное взаимодействие.

Фононами называют квазичастицы, кванты колебаний кристаллической решетки — физики ввели понятие фононов, поскольку это помогло упростить описание процессов в кристаллах, а учет электрон-фононного взаимодействия фундаментально важно при описании различных проводящих свойств в веществе.

«Мы разработали теорию, которая предсказывала, что в двумерном материале подавляется электрон-фононное взаимодействие за счет размерных эффектов, то есть, грубо говоря, материал меньше препятствует движению электронов», — говорит соавтор исследования Павел Сорокин, доктор физико-математических наук, доцент кафедры физики и химии наноструктур ФМХФ.

Их американские коллеги в результате экспериментов подтвердили это предсказание. «Они провели измерения, где обнаружили этот эффект. Наши расчеты позволили отбросить другие варианты объяснений, мы смогли доказать, что электрон-фононное взаимодействие меняется именно за счет двумерности пленки», — сказал Сорокин.