Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За 2024 год при выполнении проекта достигнуты следующие результаты. 1. Методом химических транспортных реакций (ХТР) синтезированы гетероструктуры топологический изолятор (Bi2Se3)/сверхпроводник (NbSe2), разработана воспроизводимая методика синтеза. При помощи просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ ВР) с EDX-картированием выявлено образование между слоями промежуточной фазы BixNbSe2+x, возникающей при интеркаляции BiSe между слоями NbSe2. Такие системы представляют собой новые объекты исследования, интересные в плане тонкой настройки сверхпроводящих свойств путем варьирования соотношения различных слоев, повышения температуры перехода в сверхпроводящее состояние, а также для реализации новых свойств фаз с нетривиальной топологией. 2. Методом ХТР синтезированы гетероструктуры (MnTe-Bi2Te3)/<Mn>NbSe2, определены зависимости распределения фаз, содержащих марганец, в образцах от условий синтеза. При помощи ПЭМ ВР с EDX-картированием выявлено, что в условиях синтеза происходит интеркаляция марганца в NbSe2 с образованием магнитного материала при сохранении сверхпроводящих свойств. 3. Методом ХТР получены и методами РФА, РФлА охарактеризованы кристаллы сверхпроводника и кандидата в топологические изоляторы NbBiSe3. 4. При помощи фотолитографии, ионного травления, магнетронного напыления получены и при помощи ПЭМ ВР с EDX-картированием исследованы гетероструктуры сверхпроводник (Al)/магнитный топологический изолятор ((Ge,Mn)Bi2Te4). Указанный образец является макетом для гибридного устройства. Подтверждено наличие промежуточного аморфизованного слоя и незначительный оксидный слой. Показано равномерное замещение атомами марганца позиций Ge и, в некоторой степени, позиций Bi. 5. Проведён анализ влияния дефектов замещения на тип магнитного упорядочения MnBi2Te4 и MnSb2Te4: методами фотоэлектронной дифракции (ФЭД) и ПЭМ ВР с EDX-картированием экспериментально определены заселённости позиций в структуре кристаллов, затем произведено теоретическое моделирование посредством использования приближения когерентного потенциала (ПКП) в рамках метода Корринги-Кона-Ростокера (ККР). Было установлено, что увеличение концентрации атомов Sb в образце не приводит к заметному изменению концентрации атомов Bi, занимающих позиции Mn (BiMn), но существенно изменяет концентрацию Mn в позициях Bi (MnBi). Показано, что ключевую роль в формировании типа магнитного упорядочения системы играет обменное взаимодействие между примесными слоями Mn. При концентрации Sb выше 50% знак обменного взаимодействия между примесными слоями двух семислойных блоков MnBi2Te4 меняется, и это позволяет предположить, что в этот момент система должна переходить от антиферромагнитного к ферромагнитному упорядочению. 6. Синтезирован методом Бриджмена и исследован методами РФА, РФлА, ПЭМ ВР кристалл топологического изолятора Bi2Te3(Mn) с малым содержанием магнитного MnTe. Определён состав кристалла (Mn0.03Bi0.97)2Te3, доказано, что в таком образце атомы марганца занимают только позиции атомов висмута и не образуют включений других фаз. Проведено теоретическое моделирование атомной и электронной структуры Bi2Te3(Mn). 7. Электронная и магнитная структура образцов магнитных топологических изоляторов Mn(Bi1-xSbx)2Te4 различного состава была исследована методами ультрафиолетовой фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES), эффекта Холла, магнитно-силовой микроскопии, SQUID-магнетометрии. Определены спектральные особенности в зависимости от состава, обнаружен состав, для которого характерно расположение уровня Ферми в запрещённой зоне. Показан переход в ферромагнитное состояние и наличие магнитных доменов, определена температура Кюри.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За 2025 год при выполнении проекта достигнуты следующие результаты. 1. Для целей проведения электрофизических исследований, включающих выявление сверхпроводникового тока, который обеспечивается майорановскими состояниями, на фоне других вкладов в сверхпроводимость, была изготовлена гетероструктура с ван-дер-ваальсовым гетеропереходом NbSe2 (сверхпроводник) – Bi2Se3 (ТИ), а именно прототип устройства, содержащего два джозефсоновских контакта, образованными двумя сверхпроводящими электродами из 2H-NbSe2 в сочетании со слоем Bi2Se3 толщиной 5 нм. Полученный в настоящей работе высокосовершенный интерфейс NbSe2/Bi2Se3, качество которого полностью подтверждено данными ПЭМ в сочетании с HAADF-STEM, приводит к хорошим электрическим свойствам джозефсоновских контактов, что проявляется в идеальной кривой I(B) и в дальнейшем позволило провести уникальные электрофизические магнитотранспортные измерения, в частности, зависимости тока от фазы как функции магнитного потока. 2. Мисфитные (несоразмерные) слоистые соединения семейства (BiSe)1+δ(NbSe2)n (с чередующимися блоками топологического изолятора и сверхпроводника) являются интересным объектом для исследования взаимодействия топология ↔ коррелированная электронная структура ↔ сверхпроводимость. Методом химических транспортных реакций были синтезированы кристаллы следующих составов: NbBiSe3, NbPb0.1Bi0.9Se3, NbPb0.5Bi0.5Se3 и NbPbSe3, оптимизированы условия синтеза. Доказано наличие в образцах кристаллов мисфитной фазы с соотношением 1:1 между MX и NbSe2-подсистемами. 3. Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения исследованы объёмные монокристаллы “NbBiSe3” и Bi2Se3/NbSe2. Было установлено, что “NbBiSe3” представляет собой структуру срастания подсистем BiSe и NbSe2, а усреднённый состав образца соответствует формуле (BiSe)0.94(NbSe2)1.1 и характеризуется наличием Bi-дефицитных доменов. 4. На подложке NbSe2 была выращена структура срастания примерного состава BiNb3Se7 с нерегулярной упаковкой слоёв BiSe и NbSe2. Количество встречающихся подряд пакетов (NbSe2) закономерно уменьшается по мере удаления от подложки. 5. Кристаллы GenBi2Te3+n (n = 1–5) были получены методом химических транспортных реакций с транспортным агентом I2. При исследовании их электронной структуры методом фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением обнаружены, в частности, квазидвумерные состояния в валентной зоне, число которых зависит от толщины структурных блоков. Предложена модель, объясняющая образование указанных состояний. 6. Проведено исследование серии кристаллов Mn(InₓBi₁₋ₓ)₂Te₄ с частичным замещением висмута на индий. Этот подход перспективен для реализации сверхпроводимости в системах с нетривиальной топологией, поскольку примесь индия способна формировать резонансные квазилокализованные состояния вблизи дна зоны проводимости, что наблюдалось, например, в системах In<SnTe>, In<PbTe>, In<SnBi₂Te₄> и In<PbBi₂Te₄>. Кристаллы Mn(InxBi1-x)2Te4 были получены по модифицированному методу Бриджмена – методу самоподпитывающегося расплава. При исследовании их электронной структуры методом фотоэмиссионной спектроскопии по мере роста содержания In обнаружено: 1) постепенное исчезновение поверхностных состояний Рашбы в зоне проводимости; 2) переход к более параболической форме состояний в точке Γ валентной зоны; 3) значительное увеличение ширины объёмной запрещённой зоны (с ~180 мэВ до ~340 мэВ); 4) формирование в запрещённой зоне дополнительной плотности состояний (вероятно, связана с резонансным квазилокализованным уровнем, образованным состояниями In 5s). Новость по теме проекта: https://zanauku.mipt.ru/2025/12/11/razrabotan-novyj-metod-proizvodstva-kristallov-dlya-kvantovyh-kompyuterov/