Ученые обнаружили новые квантовые эффекты в транспорте электронов

Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН обнаружили новые квантовые явления в транспорте электронов. Эффекты связаны с наблюдением и исследованием мезоскопических флуктуаций проводимости в двумерном полуметалле. Работа выполнялась в рамках крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники», результаты опубликованы в журнале Nanomaterials.

Об исследовании рассказал на Школе молодых ученых «Оптика и фотоэлектрика квантовых систем» один из авторов работы, заведующий лабораторией физики низкоразмерных электронных систем ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Дмитрий Харитонович Квон. Школа прошла ИФП СО РАН при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-72-30003).

Мезоскопические системы – промежуточные между микро- и макроскопическими системами. Свойства мезоскопических систем зависят от размеров, входящих в них элементов. Макроскопическими системами считаются те, у которых свойства не меняются при увеличении их размеров. В микроскопических системах размеры элементов сравнимы с размерами атомов.

«Наше наблюдение важно с точки зрения поиска новых квантовых эффектов, и оно свидетельствует о неизвестном до нашего эксперимента проявлении квантово-механических свойств электронов в твердом теле. Ранее мезоскопические флуктуации проводимости наблюдались только в образцах субмикронных размеров. Мы же обнаружили их в большом (макроскопическом) образце, размером более 100 микрон, причем только в двумерном полуметалле. В обычном металле явление отсутствует.

Почему так происходит? Мы предложили качественную интерпретацию: концентрация проводящих дырок в образце во много десятков раз больше концентрации электронов. В такой системе из-за сильного беспорядка появляются области, где электронов нет и области, где они существуют. Соответственно, возникает сетка электронных каналов в матрице проводящих дырок. Каналы усиливают явление квантовой интерференции и появление флуктуаций определяется уже не размерами системы, а характерным периодом сетки», — пояснил член-корреспондент РАН заведующий лабораторией физики низкоразмерных электронных систем ИФП СО РАН Дмитрий Харитонович Квон.