Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Была отработана технология получения ультратонких чешуек топологических изоляторов с помощью эксфолиации согласно методики, описанной в статье Desai S.B., et al. Gold‐mediated exfoliation of ultralarge optoelectronically‐perfect monolayers //Advanced Materials–2016–Т.28–№.21–С. 4053-4058, с заменой золото на титан. Данный метод позволяет получить тонкие чешуйки, близкие к двумерному пределу (толщиной около 10 нм), однако на поверхности чешуек остаются загрязнения. Чтобы избавиться от этой проблемы, мы использовали методику, которая описана в статье Huang Y., et al. Universal mechanical exfoliation of large-area 2D crystals //Nature communications –2020–Т.11 –№.1.–С.1-9. Такая технология позволила получать чешуйки толщиной до 1 слоя. Кристаллы топологического изолятора BiSbTe2Se, допированного железом, были исследованы с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии. Показаны ступеньки на поверхности кристалла величиной около 1 нм, что соответствует одному слою (пять атомарных слоёв). На поверхности обнаружены различные типы точечных дефектов, а также кластеры дефектов, имеющие форму треугольников. Усредненный по площади сканирования спектр демонстрирует, что химический потенциал расположен в объёмной щели и расположен выше точки Дирака всего на 12 мэВ, что делает данный материал перспективным для дальнейших исследований, так как при низких температурах транспорт будет осуществляться преимущественно по поверхностным состояниям. Была отработана технология создания джозефсоновских структур на тонких кристаллах топологических изоляторов BTS полученных методом PVD. Благодаря разработанной технологии и полученным уникальным образцам был обнаружен резонансный транспорт через баллистические р-волновые топологические каналы через специфические низколежащие андреевские уровни, которые формируется на двух интерфейсах S-TI джозефсоновского перехода. Выяснение того, имеют ли наблюдаемые состояния хиральную или спиральную природу, требует следующего шага исследования. По результатам исследования данного устройства была опубликована работа в журнале Advanced Quantum Technologies. Технология позволит в дальнейшем получать и магнитные нанокристалы. Также, был изготовлен и исследован Сверхпроводящий Квантовый Интерферометр (СКВИД) на основе магнитного топологического изолятора BiSbTe2Se, допированного железом. Было обнаружено, что при определенных значениях полях, в воль-амперной характеристике присутствуют два скачка. Мы предположили, что второй скачок связан с собственной сверхпроводимостью интерфейса между ниобием и топологическим изолятором. На основе этого была построена RSJ модель, хорошо описывает эксперимент. Наличие сложной структуры интерфейса было также подтверждено с помощью просвечивающей электронной микроскопии. По результатам данных исследований готовится статья для публикации. Был отработан метод измерения ток-фазовых соотношений с помощью асимметричного СКВИДа, где в качестве опорного контакта выступает мостик переменной толщины. Теоретический анализ показывает, что существуют два режима измерения, которые зависят от геометрии образца. Были проведены первые измерения, которые подтверждают теорию.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведены STM/STS исследования свежесколотых поверхностей кристаллов Fe(<1%)-BSTS и Fe(<1%)-BTS. Положение уровня Ферми для кристаллов Fe-BSTS подтверждено независимыми экспериментами на ARPES и в электронном транспорте. Результат ARPES исследовании, продемонстрировал отсутствие однородной магнитной щели в материале в близи точки Дирака. Результаты электронно-транспортных исследований нанокристаллов BSTS показали высокое сопротивление, порядка 1кОм. Применяя различные теоретические аппроксимации к экспериментальным данным было определено, что это может быть связано приемущественно с поверхностными носителями тока. Эксфолиированные Fe-BTS кристалы имели уровень Ферми в зоне проводимости, что подтвердилось электронно-транспортными исследованиями, демонстрирующими сопротивление на уровне десятков Ом. На основе эксфолиированных (Kudriashov et al, Adv. Funct. Mater., 32, 2209853 (2022)) и PVD синтезированных (Yakovlev et al, J. Phys. Chem. Lett. , 13, 9221−9231 (2022)) нанокристаллов были изготовлены отдельные джозефсоновкие контакты и исследованы их электронно-транспортные свойства в широком диапазоне температур и магнитных полей. Опираясь на отработанные ранее технологии усовершенствовали процесс изготовления образцов для реализации симметричных и асимметричных сквидов на Nb сужениях и джозефсоновских контактов с эксфолиированным нанокристаллом. Был разработан двухэтапный процесс изготовления устройства. Для проведения сверхнизкотемпературных измерений и обеспечения воспроизводимо-низкой электронной температуры эксперимента, были проведены работы по фильтрации линий для проведения сверхточные криогенных исследований. После изготовления ассиметричных сквидов были проведены ток-фазовые исследования. Было показано, что точность измерения опосредована асимметрией производных ток-фазовых характеристик, а не критических токов, как считалось ранее. Проработаны подходы для проведения точного измерения ток-фазы, которые хорошо описывают эксперименты с эталонными зависимостями, не только на изготовленных нами образцах, но и в других группах. Показано, что в системах, где топологическая сверхпроводимость достигается за счет эффекта близости, путем прямого осаждения сверхпроводника (S) на поверхность топологического изолятора (TI) может появляться двойной критический ток, который проявлялся и в отдельных контактах, и в сквидах на их основе. Путем измерения критических токов как функции температуры и магнитного поля мы показали, что второй критический ток может быть связан с собственной сверхпроводимостью интерфейса S-TI, что подтверждается модифицированной моделью резистивно-шунтированного перехода и исследованиями просвечивающей электронной микроскопии. Стало понятно, что сложную структуру интерфейса необходимо учитывать, если в технологическом процессе используется Ar-плазменная очистка или новые экзотические материалы. По результатм исследований опубликовано две работы в высокорейтинговых журналах.