Indstilling af den topologiske isolator Sb2Te3:Tilføj bare jern

Jern-doping af den topologiske isolator Sb ₂ Te ₃ resulterer i nyttige elektroniske og magnetiske egenskaber, kvantificeret i en nylig FLEET -undersøgelse ved University of Wollongong.

Forskerne studerede magneto-transportegenskaberne ved en jern-dopet topologisk isolator (Fe – Sb ₂ Te ₃ ).

Efter at materialet er dopet via tilsætning af jern, dets elektroniske struktur ændrer sig markant:flere responsfrekvenser dukker op, i modsætning til den enkeltfrekvens detekteret for Sb ₂ Te ₃ i sin rene form, og bærertæthed og mobilitet reduceres.

"Denne forbedrede forståelse af dopingens virkninger på den topologiske isolator Sb ₂ Te ₃ er afgørende for at informere fremtidig mulig brug i lavenergielektronik, " forklarer projektleder Xiaolin Wang.

Topologiske isolatorer (TI'er) er nye materialer, der hverken er elektriske ledere, heller ikke elektriske isolatorer. I stedet, en topologisk isolator er en isolator i sit indre, men leder langs kanterne (ligner en chokoladeblok indpakket i aluminiumsfolie).

Topologiske isolatorers unikke Dirac -overfladetilstande er attraktive for elektroniske applikationer og er potentielt vært for en række fascinerende og nyttige fænomener.

I tredimensionelle (3-D) topologiske isolatorer som Sb ₂ Te ₃ , den elektroniske overfladestruktur er viklet ind i den interne (bulk) elektroniske struktur og, følgelig, begge aspekter skal forstås på det grundlæggende niveau.

Uafklarede spørgsmål vedrørende effekten af ​​metaldoping af Sb ₂ Te ₃ er relateret til en af ​​de mest fascinerende transportegenskaber i topologiske isolatorer:den kvante -anomale Hall -effekt (QAHE).

QAHE beskriver en effekt, der engang var "uventet" (dvs. anomal):kvantisering af den tværgående "Hall" -modstand, ledsaget af et betydeligt fald i langsgående modstand.

"Det er et område af stor interesse for teknologer, " forklarer Xiaolin Wang. "De er interesserede i at bruge denne betydelige reduktion i modstand til markant at reducere strømforbruget i elektroniske enheder."

Undersøgelsen af ​​magnetdopede topologiske isolatorer søger at finde det optimale sæt dopinger, magnetisk orden, og transportere egenskaber for at:

• Opnå en højere (næsten omgivende) QAHE-starttemperatur
• Eliminer uønskede funktioner i den elektroniske struktur, der introduceres af overgangsmetalldopemidlet, der er skadelige for ydeevnen.

Fund i detaljer

Denne nye undersøgelse rapporterer de elektroniske virkninger af doping Sb ₂ Te ₃ enkeltkrystaller med jern, via magneto-transportforsøg og komplementære teoretiske beregninger.

Doping af den topologiske isolator Sb ₂ Te ₃ med jern resulterer i:

Materialets elektroniske båndstruktur ændrer sig markant

• Introduktion af flere Fermi -lommer, heraf to, der er stærkt vinkelafhængige
• Reduceret transporttæthed og mobilitet.

Ved hjælp af teoretiske beregninger, forskerne identificerede en ekstra bulk hullomme indført i den elektroniske struktur, stammer fra kemisk forvrængning forbundet med jerndopemidlet.

To vinkelafhængige svingningsfrekvenser blev identificeret, relateret til to Fermi -lommer.

I øvrigt, landskabet af elektronernes energi-momentum forhold ændres via jerndoping, hvilket indikerer en rig kompleksitet i den underliggende elektroniske struktur.

Eksperimentelt, både dopede og udopede prøver er hul-bærer-dominerede; imidlertid, jerndoping reducerer også bærertætheden og mobiliteten.