Academic Centre
Projekta nosaukums latviski: Efektīvi modulējams topoloģisko izolatoru nanolenšu virsmas stāvokļu lādiņnesēju transports
Projekta nosaukums angliski: Highly tunable surface state transport in topological insulator nanoribbons
Projekta numurs: lzp-2020/2-0343
Projekta īstenotājs: Latvijas Universitāte, Ķīmiskās fizikas institūts
Projekta vadītājs: Gunta Kunakova
Projekta īstenošanas periods: 01.12.2020.–31.12.2021.
Projekta kopējais finansējums: 100 389 EUR
Projekta mērķis ir iegūt modulējamu virsmas Diraka lādiņnesēju transportu 3D topoloģisko izolatoru (3D TI) nanolentēs (Bi2Se3). 3D TI virsmu īpašības, līdz ar spēju tās precīzi manipulēt un kontrolēt, nozīmīgas jaunu enerģijas uzkrāšanas, kvantu skaitļošanas un metroloģijas ierīču attīstīšanā un izstrādē.
Šobrīd pieejamie 3D TI materiāli nav izolējoši tilpumā, tādēļ TI topoloģisko virsmu īpašību pielietošana ir apgrūtināta. Šīs problēmas risināšanai izmanto nanolentes, jo tām piemīt liela tilpuma / virsmas attiecība, tomēr lādiņnesēju transports tajās praktiski nav manipulējams.
Projekta ietvaros tiks izgatavotas jauna tipa Bi2Se3 nanolenšu heterostruktūru ierīces ar modulējamu lādiņnesēju transportu. Tas tiks pārbaudīts, veicot magnetotransporta mērījumus 300-2K temperatūrā.
Plānotie rezultāti ir 2 publikācijas starptautiskos žurnālos un iegūtie dati tiks prezentēti vismaz 2 starptautiskās konferencēs.
Projekta atskaites:
Lai iegūtu manipulējamu lādiņnesēju transportu topoloģiskajos izolatoros, viens no pamatuzdevumiem ir uzlabot esošo nanomateriālu īpašības. Projektā tiek attīstītas šādas pieejas nanomateriālu īpašību uzlabošanai - nanolenšu iekapsulēšana, heterostruktūru izgatavošana un pamatnes ietekmes noteikšana uz nanolenšu īpašībām.
Šajā periodā sintezētas brīvi-stāvošas Bi2Se3 nanolentes, un veikta to iekapsulēšana ZnO aizsargslānī. Attīstīta metode nanolenšu heterostruktūru ierīču (ar 2D materiālu - heksagonālu bora nitrīdu) izgatavošanai, sagatavoti paraugi lādiņnesēju transporta pētījumiem un veikti magnetotransporta mērījumi. Papildus šim, pētīts arī magnetotransports uz dažādām pamatnēm pārnestām Bi2Se3 nanolentēm.
Nanolentes biezums ir vēl viens no faktoriem, kas noteiks lādiņnesēju kontrolējamības efektivitāti, t.i., vislabākie rezultāti būs sasniedzami ultra-plānās nanolentēs, tomēr ar šobrīd pieejamajām nanolenšu sintēzes metodēm šādus materiālus nevar iegūt atkārtojami. Ultra plānu nanolenšu izgatavošanai, uzsākta ķīmiskās kodināšanas metodes izstrāde.
Turpinās darbs pie iekapsulētu un vienkāršu topoloģisko izolatoru nanolenšu un to heterostruktūru ierīču magnetotransporta pētījumiem, kā arī tiek izstrādāta ķīmiskās kodināšanas metode ultra-plānu Bi2Se3 nanolenšu iegūšanai. Līdz šim iegūtie rezultāti norāda uz izmantoto nanomateriālu uzlabošanas pieeju piemērotību. Lai detalizētāk izprastu iekapsulēšanas materiāla ietekmi, izgatavoti paraugi ar dažādiem pārklājuma materiāliem un to slāņu biezumiem. Daļa no projektā iegūtajiem nanolenšu magnetotransporta pētījumu rezultātiem apkopoti publicēšanai.
Projekta popularizēšanai plašākai sabiedrībai, sagatavota prezentācija par topoloģiskajiem izolatoriem un to izmantošanu Eiropas Zinātnieku nakts pasākumam tiešsaistē, šī gada 30. aprīlī, www.zinatniekunakts2021.lv.
Iegūtie magnetotransporta rezultāti publicēti divos starptautiskos žurnālos, abi ir brīvpieejas:
- High-Mobility Ambipolar Magnetotransport in Topological Insulator Bi2Se3 Nanoribbons
- High-Yield Growth and Tunable Morphology of Bi2Se3 Nanoribbons Synthesized on Thermally Dewetted Au
Prezentēts stenda referāts starptautiskā konferencē Advanced materials and technologies 2021", Palangā, Lietuvā (22.–27. 08. 2021). Projektā iegūtie rezultāti plašākai sabiedrībai prezentēti LU Jauno tehnoloģiju un inovāciju dienas “Zināšanu Agorā”, 23. septembrī, preses relīze atrodama šeit.
Noslēdzošajā projekta ceturksnī turpināts darbs pie iekapsulētu nanolenšu un to heterostruktūru ierīču lādiņnesēju transporta pētījumiem. Iegūtie rezultāti prezentēti starptautiskā konferencē “International Symposium on Novel maTerials and quantum Technologies ISNTT 2021”, kas norisinājās tiešsaistē, 14.–17. decembrī. Prezentācijas nosaukums – “Tunable surface state transport in surface – engineered topological insulator nanoribbons”.
Projekta aktualitātes prezentētas arī Latvijas Zinātnes padomes rīkotā pasākumā “Pieslēdzies zinātnei”, 12. oktobrī, video no prezentācijas.
Šajā periodā apmeklēta ārzemju universitāte Zviedrijā, Čalmera tehnoloģiskajā universitāte, vizīte no 29.11. līdz 12.12.2021., ar mērķi raksturot izgatavotos Bi2Se3 nanolenšu paraugus pie augstāka magnētiskā lauka un milikelvinu temperatūrās, kā arī turpinās darbs pie publikācijas sagatavošanas par iekapsulētu topoloģisko izolatoru nanolenšu īpašībām.