Предложен новый метод измерения базового свойства полупроводников

Ширина запрещённой зоны — ключевая характеристика полупроводников, обусловливающая возможности их использования. На сегодняшнем этапе технологического развития всё ещё не придуман способ выращивания углеродных нанотрубок с заранее известной шириной запрещённой зоны. Для определения этого параметра обычно используется туннельная спектроскопия, однако она имеет свои недостатки.

В МФТИ предложили преодолеть ограничения с помощью туннельного контакта — контакта с высочайшим электрическим сопротивлением. Его металл связан с трубкой через тонкий слой диэлектрика.

«Диэлектрик создает туннельный барьер — энергетическую стену, которая препятствует переносу носителей заряда. “Классическая” частица не может преодолеть такой барьер, но квантовая механика “позволяет” электрону проводимости или дырке пройти сквозь такой барьер, то есть протуннелировать. Важно, что вероятность туннелирования пропорциональна плотности состояний в исследуемом объекте. Благодаря этому свойству туннельный контакт позволяет сканировать распределение электронов по энергии в трубке», — комментирует один из авторов исследования Яков Матюшкин, младший научный сотрудник лаборатории наноуглеродных материалов МФТИ, аспирант ВШЭ.

Исследователи создали образцы, каждый из которых представлял собой нанотрубку с двумя парами омических и двумя парами туннельных контактов. Далее бы проведён эксперимент, в ходе которого между контактами прокладывали и измеряли ток при температуре жидкого гелия. Зависимость тока от напряжения позволила определить спектр электронов в углеродной нанотрубке, а значит и узнать ширину запрещённой зоны.

«Предложенный в работе метод позволяет не только получить информацию о зонной структуре углеродной нанотрубки, но и выяснить, как она меняется под влиянием внешних воздействий. В частности, в данной работе мы при помощи туннельного контакта напрямую наблюдали снятие долинного вырождения в магнитном поле. Этот давно предсказанный эффект, проявляющийся в энергетическом расщеплении максимумов плотности состояний, мы впервые продемонстрировали в случае индивидуальной нанотрубки», — говорит соавтор исследования Георгий Федоров, заместитель заведующего лабораторией наноуглеродных материалов МФТИ.

Фото: МФТИ