Название:Теория краевых фототоков в двумерных кристаллических системах
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе
Научная дисциплина:02-201 - Теория конденсированного состояния
Ключевые слова:Фотогальванический эффект, нелинейный транспорт, кулоновское взаимодействие, краевые каналы, топологические изоляторы, жидкость Латтинжера, мономолекулярные двумерные полупроводники
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Дурнев,МВ
Подразделения:
Код проекта:19-72-00029
Аннотация Проект направлен на теоретическое исследование нелинейного транспорта и краевых фотогальванических эффектов в кристаллических системах с двумерным или одномерным электронным газом: графене, квантовых ямах, двумерных топологических изоляторах; развитие методов теоретического описания таких систем, поиск и изучение новых явлений, связанных с транспортом краевых электронов. Благодаря развитию технологии в последнее время удалось синтезировать новые двумерные полупроводниковые системы, такие как графен, монослои дихалькогенидов переходных металлов, топологические изоляторы на основе квантовых ям HgTe/CdTe. Оптические и транспортные свойства этих систем определяются во многом наличием края и свойствами электронов, распространяющихся вблизи края структуры. В частности, в двумерных топологических изоляторах появляются одномерные краевые электронные каналы, устойчивые к немагнитному беспорядку. Свойства краевых электронов изучаются в основном методами линейного локального и нелокального транспорта, оптические методы применяются реже из-за большей экспериментальной сложности, однако позволяют извлечь информацию о спиновой структуре и особенностях электрон-фотонного взаимодействия для краевых электронов. В частности, фотогальваническая спектроскопия позволяет напрямую исследовать краевые электроны, поскольку вклад в фототок от объемных (двумерных) электронов либо запрещен высокой симметрией кристаллической решетки, либо имеет другую поляризационную зависимость. К настоящему времени теоретические модели оптических и фотогальванических эффектов для краевых электронов в двумерных системах недостаточно развиты; многие наблюдаемые в эксперименте эффекты не имеют детального теоретического описания, остаются непонятными механизмы генерации краевых фототоков. Работа над этими проблемами является целью данного проекта. Ожидаемые результаты Ожидаемые результаты: - Разработка теории нелинейного краевого транспорта в двумерном газе электронов в широком диапазоне частот падающего электромагнитного поля. Выявление роли различных механизмов формирования краевого фототока. - Разработка теории нелинейного по интенсивности падающего поля краевого фототока в двумерных системах. Расчет зависимости фототока от частоты и интенсивности падающего электромагнитного поля. Сопоставление теории с имеющимися экспериментальными данными. - Построение теории краевого нелинейного транспорта и фотогальванического эффекта в двумерном газе электронов, помещенном во внешнее магнитное поле. Сопоставление теории с имеющимися экспериментальными данными. - Разработка теории оптических переходов и фотогальванического эффекта в спиральной жидкости Латтинжера, возникающей на границе двумерного топологического изолятора. Все научные задачи, сформулированные в рамках проекта, являются новыми, а полученные результаты будут соответствовать уровню мировых лидеров. Решение задач проекта позволит получить информацию о структуре энергетического спектра краевых электронов в двумерных кристаллических системах, об их оптических свойствах, о механизмах генерации краевого фототока. Системы, которые предполагается исследовать в рамках проекта, являются перспективными для создания нового класса приборов и устройств электроники, устройств обработки и хранения информации, криптографии. Изучение электрон-фотонного взаимодействия и краевого электронного транспорта в таких системах позволит разработать методы управления электронным током с помощью внешнего электромагнитного поля.