Лаборатория физики полупроводников

Лаборатория физики полупроводников была организована в 2006 году после избрания Д. Р. Хохлова заведующим кафедрой. В настоящий момент лаборатория фактически включает в себя три научные группы: группу исследования эффектов взаимодействия терагерцового и микроволнового излучения с узкощелевыми полупроводниками и топологическими изоляторами; группу изучения узкозонных полупроводников и гетероструктур на их основе и группу изучения полупроводниковых композитных систем пониженной размерности.

Первая группа является системообразующей и включает в себя большинство сотрудников лаборатории. Эта группа занимается исследованием фотоэлектрических явлений, таких как фотопроводимость, фотоэлектромагнитный эффект, и других, возникающих в результате взаимодействия излучения с малой энергией кванта (терагерцовое и микроволновое излучение) с топологическими изоляторами и узкощелевыми полупроводниками, т. е. полупроводниками, имеющими малые характерные значения энергии электронного спектра.

Направление текущих исследований

• Исследование фотопроводимости, индуцированной микроволновым излучением, в полупроводниковых гетероструктурах на основе топологической фазы твердых растворов Hg_1−xCd_xTe.

Основные результаты

• Разработана методика быстрого (за время порядка 10⁻³ с) гашения остаточной фотопроводимости в полупроводниковых твердых растворах Pb_1−xSn_xTe(In). Это позволило сконструировать лабораторный макет детектора терагерцового излучения с рекордной чувствительностью.
• В энергетическом спектре твердых растворов Pb_1−xSn_xTe(In) обнаружены нетривиальные локальные электронные состояния, привязанные к расположению квазиуровня Ферми. Эти электронные состояния обеспечивают высокую чувствительность материала к терагерцовому излучнию.
• Обнаружено, что на поверхности твердых растворов на основе (Bi_1−xIn_x)₂Se₃, (Cd_1−xZn_x)₃As₂ и ряда других, в которых происходит переход из фазы топологического изолятора или топологического полуметалла в топологически тривиальную фазу при изменении состава, возникают электронные состояния с повышенной подвижностью. Существование таких состояний приводит к появлению фотоэлектромагнитного эффекта, амплитуда которого пропорциональна потоку квантов излучения для топологической фазы и мощности излучения — для тривиальной. Показано, что эффект обусловлен подавлением энергетической релаксации фотовозбужденных электронов в топологической фазе.
• В гетероструктурах на основе толстых пленок Hg_1−xCd_xTe, находящихся в топологической фазе, обнаружена нетривиальная РТ-симметричная фотопроводимость, индуцированная терагерцовым излучением. Амплитуда фотопроводимости не является симметричной относительно направления магнитного поля (нарушение Т-симметрии), а также для эквивалентных потенциальных контактов на мостике Холла, расположенных на противоположных краях образца (нарушение Р-симметрии). При одновременном изменении этих параметров (направления магнитного поля и пары потенциальных контактов), однако, фотопроводимость остается неизменной.

Ключевые публикации

• Волков Б. А., Рябова Л. И., Хохлов Д. Р., Примеси с переменной валентностью в твердых растворах на основе теллурида свинца // Успехи физических наук 172, 875 (2002).
• Рябова Л. И., Хохлов Д. Р., Терагерцовая фотопроводимость и нетривиальные локальные электронные состояния в легированных полупроводниках на основе теллурида свинца // Успехи физических наук 184, 1033-1044 (2014).
• Egorova S. G., Chernichkin V. I., Ryabova L. I. et al., Detection of highly conductive surface electron states in topological crystalline insulators Pb1−xSnxSe using laser terahertz radiation // Scientific Reports 5, 11540 (2015).
• Galeeva A. V., Egorova S. G., Chernichkin V. I. et al., Manifestation of topological surface electron states in the photoelectromagnetic effect induced by terahertz laser radiation // Semiconductor Science and Technology 31, 095010 (2016).
• Galeeva A. V., Kazakov A. S., Artamkin A. I. et al., Apparent PT-symmetric terahertz photoconductivity in the topological phase of Hg1−xCdxTe-based structures // Scientific Reports 10, 2377 (2020).
• Kazakov A. S., Galeeva A. V., Artamkin A. I. et al., Non-local terahertz photoconductivity in the topological phase of Hg1−xCdxTe // Scientific Reports 11, 1587 (2021).
• Kazakov A. S., Galeeva A. V., Artamkin A. I. et al., Distinction between electron states formed at topological insulator interfaces with the trivial phase and vacuum // Scientific Reports 11, 11638 (2021).
• Galeeva A. V., Belov D. A., Kazakov A. S. et al., Photoelectromagnetic Effect Induced by Terahertz Laser Radiation in Topological Crystalline Insulators Pb1−xSnxTe // Nanomaterials 11, 3207 (2021).