Надчистий напівпровідник відкриє нові горизонти у дослідженні електронів
10.11.2021
У Принстонському університеті група інженерів змогла синтезувати зразок арсеніду галію (GaAs) раніше недосяжного ступеня чистоти.
Комбінуючи очищення вихідних матеріалів з удосконаленою конструкцією вакуумної камери для молекулярно-променевої епітаксії, дослідникам вдалося зменшити частоту виникнення дефектів до одного на 10 мільярдів атомів. Таким чином, отриманий зразок напівпровідника перевершив за якістю навіть світового рекордсмена по чистоті — еталон кілограма, виготовлений з кремнію.
Фрагмент арсеніду галію розміром не більше гумки на кінці олівця надав авторам унікальний шанс заглянути найглибше в природу поведінки електронів у двовимірних кристалічних шарах під дією зовнішнього магнітного поля. Докладно про це розказано в їхній публікації в журналі Nature Materials.
Результати тестування надчистого зразка, включеного в кріогенні електричні схеми, показали, що багато явищ, які становлять сьогодні передній край фізики, можна спостерігати при набагато слабкіших магнітних полях, ніж вважалося раніше. На думку самих дослідників, найбільш захоплюючим є той факт, що в цих менш суворих умовах починає працювати фізика, яка поки що не має встановленої теоретичної бази, що відкриває простір для подальшого дослідження квантових явищ.
Головна несподіванка трапилася, коли електрони вишикувалися в структуру ґрат, відому як кристал Вігнера. Вчені раніше вважали, що кристалам Вігнера потрібні надзвичайно сильні магнітні поля, близько 14 Тесла. Але це дослідження показало, що електронам для кристалізації достатньо інтенсивності менше одного тесла.
Команда також спостерігала приблизно на 80 відсотків більше «коливань» електричного опору системи та збільшену «активаційну щілину» так званого дробового квантового ефекту Холла, гарячої теми у фізиці конденсованого стану та у квантових обчисленнях. Дробний квантовий ефект Холла спочатку відкрив їх колега по Прінстону, Деніел Цуй (Daniel Tsui), почесний професор електротехніки та обчислювальної техніки, який спільно з Робертом Лафліном (Robert B. Laughlin) і Хорстом Стормером (Horst L. Störmer) отримали за це досягнення Нобелівську премію з фізики 1998 року.
У Принстонському університеті група інженерів змогла синтезувати зразок арсеніду галію (GaAs) раніше недосяжного ступеня чистоти.
Комбінуючи очищення вихідних матеріалів з удосконаленою конструкцією вакуумної камери для молекулярно-променевої епітаксії, дослідникам вдалося зменшити частоту виникнення дефектів до одного на 10 мільярдів атомів. Таким чином, отриманий зразок напівпровідника перевершив за якістю навіть світового рекордсмена по чистоті — еталон кілограма, виготовлений з кремнію.
Фрагмент арсеніду галію розміром не більше гумки на кінці олівця надав авторам унікальний шанс заглянути найглибше в природу поведінки електронів у двовимірних кристалічних шарах під дією зовнішнього магнітного поля. Докладно про це розказано в їхній публікації в журналі Nature Materials.
Результати тестування надчистого зразка, включеного в кріогенні електричні схеми, показали, що багато явищ, які становлять сьогодні передній край фізики, можна спостерігати при набагато слабкіших магнітних полях, ніж вважалося раніше. На думку самих дослідників, найбільш захоплюючим є той факт, що в цих менш суворих умовах починає працювати фізика, яка поки що не має встановленої теоретичної бази, що відкриває простір для подальшого дослідження квантових явищ.
Головна несподіванка трапилася, коли електрони вишикувалися в структуру ґрат, відому як кристал Вігнера. Вчені раніше вважали, що кристалам Вігнера потрібні надзвичайно сильні магнітні поля, близько 14 Тесла. Але це дослідження показало, що електронам для кристалізації достатньо інтенсивності менше одного тесла.
Команда також спостерігала приблизно на 80 відсотків більше «коливань» електричного опору системи та збільшену «активаційну щілину» так званого дробового квантового ефекту Холла, гарячої теми у фізиці конденсованого стану та у квантових обчисленнях. Дробний квантовий ефект Холла спочатку відкрив їх колега по Прінстону, Деніел Цуй (Daniel Tsui), почесний професор електротехніки та обчислювальної техніки, який спільно з Робертом Лафліном (Robert B. Laughlin) і Хорстом Стормером (Horst L. Störmer) отримали за це досягнення Нобелівську премію з фізики 1998 року.
Назад до новин