КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-12-00343
НазваниеЭлектронный транспорт в подвешенных полупроводниковых наноструктурах и наноэлектромеханических системах
Руководитель Погосов Артур Григорьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-202 - Полупроводники
Ключевые слова двумерный электронный газ, гетероструктуры GaAs/AlGaAs, подвешенные полупроводниковые наноструктуры, наноэлектромеханические системы, мезоскопические конденсаторы, квантовый точечный контакт, термоэдс, электронные биллиарды Синая, латеральное спин-орбитальное взаимодействие, спиновая поляризация, электрон-электронное взаимодействие, гидродинамический режим, магнитная электронная фокусировка
Код ГРНТИ29.19.22
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект нацелен на решение фундаментальной проблемы спин-зависимого, баллистического и гидродинамического электронного транспорта в подвешенных полупроводниковых наноструктурах и наноэлектромеханических системах.
Основная идея проекта — использовать уникальные экспериментальные условия, реализующиеся в подвешенных полупроводниковых наноструктурах, характеризующихся усиленным электрон-электронным взаимодействием, а также дополнительными механическими степенями свободы и особенностями теплоотвода, для выявления физических механизмов, лежащих в основе таких актуальных явлений, как спин-зависимый электронный транспорт в квантовых точечных контактах (КТК), вязкое течение электронной жидкости в узких каналах, когерентный электронный транспорт в мезоскопических конденсаторах.
При изучении квантовых точечных контактов (КТК) особое внимание будет уделено необычному мультиканальному режиму с квантованием кондактанса нескольких каналов внутри одиночного КТК и спиновой поляризации в латеральном электрическом поле.
В узких подвешенных проволоках будут изучены гидродинамические эффекты, такие как эффект Гуржи, возникающие в условиях усиленного электрон-электронного взаимодействия, достигаемого за счет подвешивания образца и нагрева электронной подсистемы при ослабленном теплоотводе в подложку.
Будут созданы и изучены наноэлектромеханические мезоскопические конденсаторы, в которых электронная полость способна совершать резонансные механические колебания, возбуждаемые за счет ее емкостного взаимодействия с близлежащим затвором. Будут исследованы особенности такого возбуждения для случая электронного транспорта, характеризующегося большой длиной фазовой когерентности электронов.
Планируемые исследования внесут существенный вклад в построение полной физической картины явлений переноса в квантовых наноструктурах и наноэлектромеханических системах.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Баллистический электронный транспорт в квантовых точечных контактах траншейного типа Тезисы докладов XXIV Всероссийской научной молодёжной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая, опто- и наноэлектроника», Тезисы докладов XXIV Всероссийской научной молодёжной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая, опто- и наноэлектроника», 28 ноября – 2 декабря 2022 года Санкт-Петербург, с. 91 (2022) (год публикации - 2022)
2.
Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К.
Multiwell Potential in a Trench-Type Quantum Point Contact
JETP Letters, JETP Letters, 116 (6) 360-366 (2022) (год публикации - 2022)
10.1134/S0021364022601610
3. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Баллистический электронный транспорт в квантовых точечных контактах траншейного типа Тезисы докладов Школы молодых учёных «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», АППН-2022, Тезисы докладов Школы молодых учёных «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», АППН-2022, 12 – 13 декабря 2022, Новосибирск, сс. 64 – 65 (2022) (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К.
Scanning of Electronic States in a Quantum Point Contact Using Asymmetrically Biased Side Gates
JETP Letters, JETP Letters Vol. 117, No. 4, pp. 299–305 (год публикации - 2023)
10.1134/S0021364022603049
2.
Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К.
Electrically controlled switching between spatially separated conducting channels in a quantum point contact
St. Petersburg Polytechnic University Journal - Physics and Mathematics, St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics. 16 (1.3) (2023) 117–123 (год публикации - 2023)
10.18721/JPM.161.320
3. Похабов Д.А., Погосов А.Г., Сарыпов Д.И., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Electron transport in a trench-type quantum point contacts with multiwell confinement Тезисы докладов научной конференции the 25th International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-25) and 21st International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-21), p.38 (год публикации - 2023)
4. Погосов А.Г., Похабов Д.А., Сарыпов Д.И., Егоров Д.А., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Electron-electron scattering length in suspended 2DEG measured by transverse magnetic focusing Тезисы докладов научной конференции the 25th International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-25) and 21st International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-21), p.2 (год публикации - 2023)
5. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Особенности баллистического транспорта в многоканальных квантовых точечных контактах Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVII Международного симпозиума. Том 2., Тезисы докладов, XXIV Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», 13 - 16 марта 2023 г., Нижний Новгород, с. 741 – 742 (год публикации - 2023)
6. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Егоров Д.А., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Измерения длины электрон-электронного рассеяния в подвешенном двумерном электронном газе методом магнитной фокусировки Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника: тезисы докладов Всероссийской научной молодежной конференции, Тезисы докладов XXV Всероссийской научной молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, г. Санкт-Петербург, 27 ноября – 1 декабря 2023 г., с. 56 (год публикации - 2023)
7. Егоров Д.А., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Сарыпов Д.И., Бакаров А.К. Измерения длины электрон-электронного рассеяния в подвешенных микроструктурах методом магнитной фокусировки АППН-2023: Тезисы докладов Школы молодых учёных «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», Тезисы докладов, Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», 29 – 30 ноября 2023 г., Новосибирск, с. 24 – 25 (год публикации - 2023)
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Изучены электронный транспорт, механические колебания и их взаимное влияние в подвешенных наноструктурах и наноэлектромеханических системах на основе гетероструктур AlGaAs/GaAs с двумерным электронным газом, квантовыми точечными контактами, электронными биллиардами и сужениями, демонстрирующими гидродинамический транспортный режим.
Созданы наноэлектромеханические системы, представляющие собой наноэлектромеханические мезоскопические конденсаторы и наномеханические резонаторы, совмещенные с квантовыми точечными контактами. Обнаружена корреляция между кондактансом квантовых точечных контактов и резонансной частотой механических колебаний в созданных системах. Предложено обоснованное численными расчетами объяснение этой корреляции переменной способностью квантового точечного контакта экранировать пьезоэлектрический заряд, индуцированный колебаниями. Показано, что такого рода измерения могут быть использованы для извлечения информации о квазиодномерной плотности состояний и связанных с ней величинах, таких как сжимаемость и квантовая емкость. В наноэлектромеханических мезоскопических конденсаторах обнаружена связь между добротностью колебаний и кондактансом входа в электронную полость. Обнаружены осцилляции резонансной частоты и добротности механических колебаний как функций перпендикулярного магнитного поля в режиме квантового эффекта Холла. Создана наноэлектромеханическая система, в которой взаимодействие между колебательными модами приводит к сдвигу резонансной частоты, существенно большему, чем внутримодовая нелинейность. Экспериментально показано, что в созданной системе степенью эффективной нелинейности, демонстрируемой каждой из мод, можно управлять, изменяя ее в широких пределах (от размягчения до ужесточения), варьируя частоту возбуждения другой моды. Экспериментально показано, что межмодовое взаимодействие можно использовать для компенсации имеющейся внутримодовой нелинейности, переводя систему в режим линейных колебаний. Показано, что влияние механических колебаний на электронный транспорт в наноэлектромеханических системах на основе AlGaAs/GaAs обусловлено не только пьезоэлектрическим, но и электростатическим эффектом. Экспериментально реализованы условия, при которых играет роль исключительно емкостной эффект (колебания затвора-кантилевера, детектируемые механически отделенным от него сужением двумерного электронного газа), исключительно пьезоэлектрический эффект (колебания резонатора-мостика с сужением вблизи заделанного края) и смешанный режим (колебания мостика с сужением, отдаленным от заделанного края).
Проведены измерения магнетосопротивления, а также продольной и поперечной (эффект Нернста-Эттинсгаузена) компонент термоэдс в электронных биллиардах различных типов: решётках искусственных периодических рассеивателей – антиточек, в биллиардах типа «гусеница» в нелинейном режиме, обусловленном греющим постоянным током. Кроме того, изучены осцилляции Шубникова-де Гааза в полученных наноструктурах. Показано, что влияние постоянного тока на подавление обнаруженных соизмеримых осцилляций магнетосопротивления и термоэдс в подвешенных электронных биллиардах не сводится только к разогреву электронной подсистемы. Продемонстрировано, что соизмеримые осцилляции в подвешенных электронных биллиардах более устойчивы к подавлению тянущим током, чем в их неподвешенных аналогах, что обусловлено более быстрой термализацией баллистических электронов в образце из-за усиления межэлектронного взаимодействия.
Экспериментально исследован электронный транспорт в подвешенных и неподвешенных GaAs точечных контактах различной ширины. В экспериментально измеренной температурной зависимости сопротивления точечных контактов обнаружен минимум, обусловленный электрон-электронным взаимодействием. Из измерений был извлечен сверхбаллистический кондактанс. Показано, что сверхбаллистический кондактанс имеет отличительную квадратичную зависимость от ширины точечного контакта, являющуюся свидетельством вязкого течения электронов. Связь сверхбаллистического кондактанса с вязкостью электронов позволила получить вязкость как функцию температуры и сравнить ее с теоретической температурной зависимостью длины электрон-электронного рассеяния. Обнаружено, что при достаточно низких температурах по отношению к энергии Ферми вязкость зависит от температуры так же, как длина электрон-электронного рассеяния, что согласуется с теорией Ферми жидкости. Однако при более высоких температурах соотношение между этими величинами расходится с теоретическим предсказанием и оказывается нетривиальным. Помимо этого было показано, что подвешивание образцов приводит к уменьшению вязкости электронов во всем диапазоне температур, что делает подвешенные структуры предпочтительными системами для изучения гидродинамических эффектов в твердых телах.
В магнетополевых зависимостях нелокального сопротивления в холловских микромостиках, созданных на основе гетероструктур GaAs/AlGaAs с ДЭГ, обнаружены резонансные баллистические пики, соответствующие условию магнитной фокусировки. Из анализа температурного подавления амплитуды фокусировочных пиков определены длины е-е рассеяния и эффективные диэлектрические проницаемости в неподвешенных и подвешенных структурах. Сравнение результатов в подвешенных и неподвешенных образцах указывает на существенное (в 1,5 раза) уменьшение эффективной диэлектрической проницаемости, а также заметное уменьшение длины е-е рассеяния в результате подвешивания, свидетельствующее об усилении е-е взаимодействия.
Публикации
1.
Похабов Д.А., Погосов А.Г., Шевырин А.А., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К.
Conductance Quantization Features in Multichannel Quantum Point Contacts
JETP Letters, JETP Lett. 119, 5, 380–388 (2024) (год публикации - 2024)
10.1134/S0021364024600332
2. Сарыпов Д. И., Похабов Д. А., Погосов А. Г., Жданов Е. Ю., Бакаров А. К. Электрически контролируемое переключение между пространственно разделенными проводящими каналами в квантовом точечном контакте Электронные свойства низкоразмерных систем. Cтруктура и свойства объемных полупроводников. Новые электронные явления и материалы [Текст]: Программа и Тезисы докладов XXV Уральской международной зимней школы по физике полупроводников (Екатеринбург, 12-17 февраля 2024 г.) / [отв. за вып. В.Н. Неверов]. - Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2024, Тезисы докладов, XXV Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, 12 – 17 февраля 2024 г., Екатеринбург, сс. 110 – 111 (год публикации - 2024)
3. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К. Вязкое течение двумерных электронов сквозь подвешенные GaAs точечные контакты АППН-2024: Тезисы докладов Школы молодых учёных «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», Новосибирск, 25 – 26 апреля 2024 г. — Новосибирск, ФГБУН Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН: Типография ООО «ДигитПро», 2024., Тезисы докладов, Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», 25 – 26 апреля 2024 г., Новосибирск, с. 42 – 43 (год публикации - 2024)
4. Шевырин А.А., Погосов А.Г., Бакаров А.К., Шкляев А.А. Наномеханический резонатор как сенсор квазиодномерной плотности состояний Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 392 (год публикации - 2024)
5. Шевырин А.А., Погосов А.Г., Бакаров А.К., Шкляев А.А., Naik A. Взаимодействие между модами как ключ к управлению нелинейностью в наномеханических резонаторах Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 390 (год публикации - 2024)
6.
Шевырин А.А., Бакаров А.К., Шкляев А.А., Погосов А.Г.
Electronic state back action on mechanical motion in a quantum point contact coupled to a nanomechanical resonator
Applied Physics Letters, Appl. Phys. Lett. 125, 192105 (2024) (год публикации - 2024)
10.1063/5.0235485
7. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К., Шкляев А.А. Temperature dependence of electron viscosity in superballistic GaAs point contacts Physical Review Letters (год публикации - 2024)
8.
Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Егоров Д.А., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К.
Gurzhi effect in point contacts in GaAs
St. Petersburg Polytechnic University Journal: Physics and Mathematics, St. Petersburg Polytechnic University Journal. Physics and Mathematics, 17, 1.1 89 – 94 (2024) (год публикации - 2024)
10.18721/JPM.171.114
9.
Егоров Д.А., Похабов Д.А., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К., Погосов А.Г.
Enhanced e–e interaction in suspended 2DEG evidenced by transverse magnetic focusing
Applied Physics Letters, Appl. Phys. Lett. 125, 112103 (2024) (год публикации - 2024)
10.1063/5.0230437
10. Шевырин А.А., Погосов А.Г. , Бакаров А.А., Шкляев А.А., Наик А Intermode coupling in nanomechanical resonators as a key for tuning the effective nonlinearity Physical Review Applied (год публикации - 2024)
11. Похабов Д.А., Погосов А.Г., Сарыпов Д.И., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К. Электронный транспорт в квантовых точечных контактах траншейного типа с многоямным ограничивающим потенциалом Электронные свойства низкоразмерных систем. Cтруктура и свойства объемных полупроводников. Новые электронные явления и материалы [Текст]: Программа и Тезисы докладов XXV Уральской международной зимней школы по физике полупроводников (Екатеринбург, 12-17 февраля 2024 г.) / [отв. за вып. В.Н. Неверов]. - Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2024, Тезисы докладов, XXV Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, 12 – 17 февраля 2024 г., Екатеринбург, с. 93 – 94 (год публикации - 2024)
12. Погосов А.Г., Похабов Д.А., Сарыпов Д.И., Жданов Е.Ю., Бакаров А.К. Вязкая двумерная электронная жидкость в наноструктурах на основе GaAs/AlGaAs Электронные свойства низкоразмерных систем. Cтруктура и свойства объемных полупроводников. Новые электронные явления и материалы [Текст]: Программа и Тезисы докладов XXV Уральской международной зимней школы по физике полупроводников (Екатеринбург, 12-17 февраля 2024 г.) / [отв. за вып. В.Н. Неверов]. - Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2024, Тезисы докладов, XXV Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, 12 – 17 февраля 2024 г., Екатеринбург, с. 85 – 86 (год публикации - 2024)
13. Егоров Д.А., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Сарыпов Д.И., Бакаров А.К. Измерения длины электрон-электронного рассеяния в подвешенном ДЭГ методом магнитной фокусировки Электронные свойства низкоразмерных систем. Cтруктура и свойства объемных полупроводников. Новые электронные явления и материалы [Текст]: Программа и Тезисы докладов XXV Уральской международной зимней школы по физике полупроводников (Екатеринбург, 12-17 февраля 2024 г.) / [отв. за вып. В.Н. Неверов]. - Екатеринбург, ИФМ УрО РАН, 2024., Тезисы докладов, XXV Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников, 12 – 17 февраля 2024 г., Екатеринбург, с. 53 – 54 (год публикации - 2024)
14. Егоров Д.А., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Сарыпов Д.И., Бакаров А.К. Определение длины электрон-электронного рассеяния в подвешенном двумерном электронном газе методом магнитной фокусировки АППН-2024: Тезисы докладов Школы молодых учёных «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», Новосибирск, 25 – 26 апреля 2024 г. — Новосибирск, ФГБУН Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН: Типография ООО «ДигитПро», 2024., Тезисы докладов, Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем», 25 – 26 апреля 2024 г., Новосибирск, с. 27 – 28 (год публикации - 2024)
15. Егоров Д.А., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Сарыпов Д.И., Шевырин А.А., Бакаров А.К. Роль рассеяния на малые углы в подавлении нелокального сопротивления в методе магнитной фокусировки Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 154 (год публикации - 2024)
16. Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К., Шкляев А.А. Особенности квантования кондактанса многоканальных квантовых точечных контактов Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 152 (год публикации - 2024)
17. Похабов Д.А., Егоров Д.А., Погосов А.Г., Жданов Е.Ю., Сарыпов Д.И., Шевырин А.А., Бакаров А.К. Усиление е-е взаимодействия в подвешенном ДЭГ Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 116 (год публикации - 2024)
18. Погосов А.Г., Сарыпов Д.И., Похабов Д.А., Жданов Е.Ю., Шевырин А.А., Бакаров А.К., Шкляев А.А. Температурная зависимость вязкости электронов в сверхбаллистических GaAs точечных контактах Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников (XVI РКФП). — СПб.: Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе, 2024, Тезисы докладов XVI Российской конференции по физике полупроводников, 7 – 11 октября 2024 г., Санкт-Петербург, Россия, с. 117 (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть полезны при создании новых микро- и наноэлектромеханических устройств, включая сенсоры, акселерометры и гироскопы, а также микро- и наноэлектронных приборов для систем телекоммуникаций, в том числе используемых в составе спутников связи. Применение гетероструктур AlGaAs/GaAs с двумерным электронным газом высокой подвижности может способствовать усовершенствованию технологии создания НЭМС-устройств и их оптимизации для работы на высоких частотах.