Лаборатория фотоэлектронной спектроскопии квантовых функциональных материалов

Топологические изоляторы (ТИ) привлекают интерес благодаря особенностям электронной структуры и ряду новых физических эффектов, недавно открытых для данных объектов. Благодаря спиновой поляризации и топологической защищенности поверхностных состояний ТИ представляют собой очень эффективную систему для применений в спинтронике и квантовых компьютерах. Недавнее открытие фазы собственного магнитного топологического изолятора в материалах на основе (Mn(Bi,Sb)2Te4)((Bi,Sb)2Te3)n, а также EuSn2As2 позволило объединить магнетизм и топологию в одном соединении и наблюдать квантовый аномальный эффект Холла при достаточно высоких температурах. Такие материалы являются объемными ферромагнетиками или антиферромагнетиками в зависимости от стехиометрии и легирования. На базе данных материалов и наблюдаемых уникальных эффектах уже теоретически предложены десятки прототипов устройств. Однако для эффективного применения магнитных топологических изоляторов в устройствах необходимо решить ряд задач. Большой интерес вызывает возможность использования топологически -защищённых состояний в технологии сверхпроводящих кубитов. Предсказано, что, в условиях наведённой сверхпроводимости, на поверхность поверхности топологического изолятора может возникают содержать фермионы майорановского типа, которые будут иметь неабелеву статистику. При этом, кубиты на основе таких состояний рассматриваются как защищённые от локальных источников декогеренции, следовательно, экспериментальная реализация такой системы представляет собой важную исследовательскую задачу.

В настоящее время имеется значительное число работ, посвященных исследованию особенностей электронной структуры графена в области точки Дирака и созданию электронных и спиновых устройств на основе графена. При этом использование графена в качестве активного элемента электроники, спинтроники и квантовых вычислений до сих пор остается сильно ограниченным ввиду необходимости модификации электронной структуры графена. Недавно было показано, что контакты графена с магнитными и/или тяжелыми металлами приводят к образованию уникальных особенностей в электронной и спиновой текстуре, позволяющей реализовать целый набор эффектов (квантовый аномальный и спиновый эффекты Холла, спин-торк эффект и др.). В связи с этим, задачей лаборатории является изучение электронной и спиновой структуры графена при контакте с различными материалами, а также выращенного на различных подложках, в том числе полупроводниковых (например, SiC-6H) с перспективой создания прототипов устройств. Помимо этого, будут изучены такие перспективные двумерные системы как черный фосфор (black phosphorus), ультратонкие пленки Bi, проявляющие топологические свойства.

Соединения редкоземельных элементов имеют большое прикладное значение, включая использование таких материалов в качестве источников постоянного магнитного поля в генераторах энергии и электродвигателях, для хранения информации, а также в электронике и спинтронике. Огромное количество работ посвящено изучению необычных свойств 4f материалов касательно их объема, при этом процессами, протекающими на границах раздела, фактически пренебрегают. Между тем, свойства поверхности и интерфейсов могут сильно отличаться от объемных свойств материалов, и это следует учитывать при создании новых функциональных структур нанометровых размеров. Исследования направлены на понимание того, чем определяется электронная структура и поведение магнитных моментов вблизи поверхностей и интерфейсов в зависимости от характеристик материалов, формирующих интерфейс.