Dopagem com ferro do isolador topológico Sb ₂ Te ₃ resulta em propriedades eletrônicas e magnéticas úteis, quantificado em um estudo recente da FLEET na Universidade de Wollongong.

Os pesquisadores estudaram as propriedades de transporte magnético de um isolante topológico dopado com ferro (Fe-Sb ₂ Te ₃ )

Depois que o material é dopado com a adição de ferro, sua estrutura eletrônica muda significativamente:múltiplas frequências de resposta emergem, em contraste com a única frequência detectada para Sb ₂ Te ₃ em sua forma pura, e a densidade e a mobilidade do portador são reduzidas.

“Esse entendimento melhorou os efeitos do doping no isolador topológico Sb ₂ Te ₃ são essenciais para informar o uso futuro possível em eletrônicos de baixa energia, "explica o líder do projeto, Xiaolin Wang.

Isoladores topológicos (TIs) são novos materiais que não são condutores elétricos, nem isoladores elétricos. Em vez de, um isolante topológico é um isolante em seu interior, mas conduz ao longo de suas bordas (comparadas a um bloco de chocolate embrulhado em papel alumínio).

Os estados de superfície de Dirac exclusivos dos isoladores topológicos são atraentes para aplicações eletrônicas e potencialmente hospedam uma variedade de fenômenos fascinantes e úteis.

Em isoladores topológicos tridimensionais (3-D), como Sb ₂ Te ₃ , a estrutura eletrônica de superfície está emaranhada com a estrutura eletrônica interna (em massa) e, consequentemente, ambos os aspectos precisam ser compreendidos no nível fundamental.

Questões não resolvidas sobre o efeito da dopagem de metal de Sb ₂ Te ₃ está relacionado a uma das propriedades de transporte mais fascinantes em isoladores topológicos:o efeito Hall anômalo quântico (QAHE).

QAHE descreve um efeito que já foi "inesperado" (ou seja, anômala):quantização da resistência transversal "Hall", acompanhada por uma queda considerável na resistência longitudinal.

“É uma área de grande interesse para os tecnólogos, "explica Xiaolin Wang." Eles estão interessados ​​em usar essa redução significativa na resistência para reduzir significativamente o consumo de energia em dispositivos eletrônicos. "

O estudo de isoladores topológicos dopados magnéticos busca encontrar o conjunto ideal de dopantes, ordem magnética, e propriedades de transporte para:

• Atingir uma temperatura de início QAHE mais alta (próxima à ambiente)
• Elimine recursos indesejados na estrutura eletrônica introduzidos pelo dopante de metal de transição que são prejudiciais ao desempenho.

Descobertas em detalhes

Este novo estudo relata os efeitos eletrônicos do doping Sb ₂ Te ₃ monocristais com ferro, através de experimentos de transporte magnético e cálculos teóricos complementares.

Dopagem do isolante topológico Sb ₂ Te ₃ com ferro resulta em:

A estrutura da banda eletrônica do material muda significativamente

• Introdução de vários bolsos Fermi, incluindo dois que são altamente dependentes do ângulo
• Densidade e mobilidade de portadores reduzidas.

Usando cálculos teóricos, os pesquisadores identificaram um bolsão de bulk hole adicional introduzido na estrutura eletrônica, proveniente da distorção química associada ao dopante de ferro.

Duas frequências de oscilação dependentes do ângulo foram identificadas, relacionado a dois bolsos Fermi.

Além disso, a paisagem da relação energia-momento dos elétrons muda via dopagem com ferro, indicando assim uma rica complexidade na estrutura eletrônica subjacente.

Experimentalmente, ambas as amostras dopadas e não dopadas são dominadas por portadores de orifícios; Contudo, A dopagem com ferro também reduz a densidade e a mobilidade do portador.