Общее направление работы лаборатории – экспериментальное и теоретическое исследование квантового отклика наноструктурированных конденсированных сред, создаваемых с помощью различных нанотехнологических методов на основе полупроводниковых, сверхпроводниковывх и ферромагнитых материалов. В частности, к указанным средам относятся открытые в первом десятилетии этого века графен, топологические изоляторы и двумерный полуметалл, изучение которых составляет в настоящее время наиболее бурно развивающуюся область физики конденсированного состояния. В указанных системах в последние несколько десятков лет открыт целый ряд новых квантовых явлений, начиная с квантового эффекта Холла и мехоскопических эффектов и кончая квантовым спиновым эффектом Холла и квантовыми неравновесными эффектами в двумерном электронном газе с большим числом уровней Ландау.
Лаборатории квантовых явлений в конденсированных средах принадлежит одно из ведущих мест в описываемой области физики. В последнее время наиболее важная часть деятельности лаборатории сосредоточена на определении основных квантовых свойств двумерных и трехмерных топологических изоляторов на основе теллурида ртути (HgTe), обнаружении новых нетривиальных свойств дираковских фермионов в графене, а также на установлении особенностей открытых недавно лабораторией совместно с Регенсбургским университетом осцилляций магнитосопротивления, индуцированных терагерцовым излучением.
К основному достижению лаборатории относится цикл работ, в которых открыт целый ряд интересных свойств топологических изоляторов (ТИ) – нового класса твердых тел, принципиальной особенностью которых является одновременное существование диэлектрического и металлического состояния. Получен трехмерный топологический изолятор на основе напряженного HgTe, обладающий рекордно высокой подвижностью электронов и дырок. Благодаря такой высокой подвижности впервые получена полная информация о транспортных свойствах ТИ при переходе уровня Ферми из зон объемных в зону поверхностных состояний. Также благодаря указанному факту впервые реализован двумерный ТИ, демонстрирующий эффект топологической защиты обратного рассеяния на небывало больших расстояниях.
В ходе экспериментов лаборатории впервые наблюдалось квантование холловского сопротивления при азотных температурах в двумерных электронных системах на основе полупроводников. Важность реализации указанного эффекта при азотной температуре связана с разработкой эталона сопротивления, способного функционировать при температурах, получение которых требует применения не сверхдорогого жидкого гелия, а значительно более дешевого азота.
Совместно с Регенсбургским университетом (Регенсбург, Германия) впервые проведено детальное экспериментальное исследование фотогальванического эффекта в HgTe квантовых ямах. Установлено, что этот эффект вызван осцилляциями спиновой поляризации и электронной подвижности в спиновых подзонах.
Учебно-научная лаборатория создана на базе кафедры физики полупроводников и проводит исследования совместно с Институтом физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН.
Международные партнеры лаборатории: Regensburg University (Germany), GHMFL (France), University of Sao-Paolo (Brasil).
Кафедра физики полупроводников Физического факультета НГУ
Институт физики полупроводников СО РАН
