Группа американских физиков совершила прорыв в области материаловедения, достигнув рекордных показателей подвижности электронов в минерале тетрадимите. Этот минерал, состоящий из висмута, теллура, серы и селена, известен своей уникальной кристаллической структурой, образованной ромбоэдрическими кристаллами, объединенными в четверные группы.
История изучения тетрадимита насчитывает несколько десятилетий. В 1950-х годах ученые обнаружили его полупроводниковые свойства, которые делали его пригодным для преобразования тепловой энергии в электрическую. Однако настоящий прорыв произошел в 1990-х, когда был предложен метод значительного улучшения термоэлектрических характеристик минерала в микроскопическом масштабе.
Недавнее исследование, проведенное командой физиков, открыло новые горизонты в понимании свойств тетрадимита. Хан Чи, ведущий автор исследования, отметил, что материал был идентифицирован как топологический изолятор с интересными поверхностными явлениями. Однако для дальнейших открытий требовалось освоить технологию выращивания кристаллов этого минерала.
Для достижения этой цели ученые применили метод молекулярной эпитаксии. Этот сложный процесс позволяет наносить молекулы на подложку в условиях вакуума при строго контролируемой температуре. Регулируя скорость конденсации молекул, исследователи смогли вырастить сверхтонкие слои кристаллов тетрадимита заданной конфигурации с минимальным количеством дефектов. В результате были получены пленки толщиной около 100 нанометров.
Проведенные испытания, включавшие измерение квантовых осцилляций, выявили определенный ритм колебаний, что указывает на исключительно высокую подвижность электронов в полученном материале. Ученые предполагают, что такой результат достигнут благодаря минимальному количеству дефектов и примесей, которые обычно препятствуют свободному движению электронов.
Открытие физиков открывает широкие перспективы для применения тетрадимита в электронике будущего. Ожидается, что тонкие пленки этого минерала найдут применение в создании носимых термоэлектрических устройств, способных эффективно преобразовывать отходящее тепло в электрическую энергию. Кроме того, тетрадимит может стать основой для разработки спинтронных устройств, которые смогут обрабатывать информацию с меньшими энергозатратами по сравнению с традиционными кремниевыми технологиями.
