Dopage au fer de l'isolant topologique Sb 2 Te 3 se traduit par des propriétés électroniques et magnétiques utiles, quantifié dans une récente étude FLEET à l'Université de Wollongong.

Les chercheurs ont étudié les propriétés de magnétotransport d'un isolant topologique dopé au fer (Fe-Sb 2 Te 3 ).

Une fois le matériau dopé par ajout de fer, sa structure électronique change de manière significative :des fréquences de réponse multiples émergent, contrairement à la fréquence unique détectée pour Sb 2 Te 3 dans sa forme pure, et la densité et la mobilité des porteurs sont réduites.

"Cette meilleure compréhension des effets du dopage sur l'isolant topologique Sb 2 Te 3 sont essentiels pour informer l'utilisation future possible dans l'électronique à faible consommation d'énergie, " explique le chef de projet Xiaolin Wang.

Les isolants topologiques (IT) sont de nouveaux matériaux qui ne sont ni conducteurs électriques, ni isolants électriques. Au lieu, un isolant topologique est un isolant en son intérieur, mais conduit le long de ses bords (comparé à un bloc de chocolat enveloppé dans du papier d'aluminium).

Les états de surface Dirac uniques des isolants topologiques sont attrayants pour les applications électroniques et hébergent potentiellement une gamme de phénomènes fascinants et utiles.

Dans les isolants topologiques tridimensionnels (3D) tels que Sb 2 Te 3 , la structure électronique de surface est enchevêtrée avec la structure électronique interne (en vrac) et, par conséquent, les deux aspects doivent être compris au niveau fondamental.

Questions non résolues concernant l'effet du dopage métallique de Sb 2 Te 3 est liée à l'une des propriétés de transport les plus fascinantes des isolants topologiques :l'effet Hall anormal quantique (QAHE).

QAHE décrit un effet qui était autrefois « inattendu » (c'est-à-dire, anormal) :quantification de la résistance transverse "Hall", accompagnée d'une baisse considérable de la résistance longitudinale.

« C'est un domaine de grand intérêt pour les technologues, " explique Xiaolin Wang. " Ils sont intéressés à utiliser cette réduction significative de la résistance pour réduire considérablement la consommation d'énergie des appareils électroniques. "

L'étude des isolants topologiques dopés magnétiquement cherche à trouver l'ensemble optimal de dopants, ordre magnétique, et les propriétés de transport afin de :

• Atteindre une température de début QAHE plus élevée (proche de la température ambiante)
• Éliminez les caractéristiques indésirables de la structure électronique introduites par le dopant de métal de transition qui nuisent aux performances.

Constatations en détail

Cette nouvelle étude rapporte les effets électroniques du dopage Sb 2 Te 3 monocristaux avec du fer, via des expériences de magnétotransport et des calculs théoriques complémentaires.

Dopage de l'isolant topologique Sb 2 Te 3 avec du fer entraîne :

La structure de bande électronique du matériau change considérablement

• Introduction de multiples poches Fermi, dont deux qui dépendent fortement de l'angle
• Densité de porteurs et mobilité réduites.

A l'aide de calculs théoriques, les chercheurs ont identifié une poche de trous en vrac supplémentaire introduite dans la structure électronique, provenant d'une distorsion chimique associée au dopant fer.

Deux fréquences d'oscillation dépendantes de l'angle ont été identifiées, en rapport avec deux poches Fermi.

De plus, le paysage de la relation énergie-impulsion des électrons change via le dopage au fer, indiquant ainsi une riche complexité dans la structure électronique sous-jacente.

Expérimentalement, les échantillons dopés et non dopés sont dominés par les porteurs de trous ; cependant, le dopage au fer réduit également la densité et la mobilité des porteurs.