При экспериментальном исследовании неравновесного транспорта в структурах, представляющих собой субмикронное сужение в тонкой сверхпроводящей плёнке, во флуктуационной области по температуре, обнаружено нетривиальное поведение зависимостей дифференциального сопротивления от напряжения смещения (dV/dl- V), состоящее в изменении знака второй производной при V=0 с положительного на отрицательный и опять на положительный в узком температурном интервале.

Слева: эволюция двух первых энергетических уровней ε₀ и ε₁ при приложении напряжения V(в единицах энергии Таулесса Еγ hD/L², где D - коэффициент диффузии, L - длина проволоки). Правая вставка показывает изменение собственных функций при проходе по напряжению через точку бифуркации. Ассиметричная функция отвечает нарушению РТ-инвариантности. Справа: результаты эксперимента (символами) и теоретические зависимости (сплошные чёрные кривые).

Установлено, что такая температурная эволюция вида зависимостей dV/dI- V определяется длиной сужения: для относительно коротких и относительно длинных сужений наблюдается стандартный вид dV/dl- V с положительным знаком второй производной во всей температурной области. Теоретически рассмотрен вопрос о динамике сверхпроводящих флуктуаций в квазиодномерной сверхпроводящей проволоке в рамках РТ-симметрийного подхода, базирующегося на неэрмитовом характере эффективного гамильтониана во флуктуационной области. Вычислены зависимости собственных значений от приложенного напряжения и найдены (1) область неравновесного, но стационарного решения, когда флуктуационные куперовские пары выживают в присутствии электрического поля, что отвечает сохранению РТ-симметрии, и (2) точка бифуркации, отвечающая напряжению, при котором нарушается РТ-инвариантность. Исследовано влияние отсутствия пространственной симметрии (Р-инвариантности) на спектр собственных значений. Вычислены неравновесные флуктуационные вклады Асламазова-Ларкина и Маки-Томпсона в дифференциальное сопротивление сверхпроводящей слабой связи. Показано, что развитая теория не только качественно, но и количественно прекрасно описывает экспериментальные данные.

При помощи дисков Корбино, изготовленных на основе высокоподвижной гетероструктуры GaAs/AlAs обнаружены осцилляции дифференциальной проводимости 2D электронного газа, периодичные по квадрату обратного магнитного поля.

Рис.(a) Схематический вид диска Корбино с внутренним и внешним радиусами r₁ и r₂. Белый цвет – области двумерного электронного газа. Серый цвет – области омических контактов. (b) Схема измерения дифференциальной проводимости g₁₂ = I_ac/V_ac. (с) Зависимости g₁₂(E_dc) для двумерного диска Корбино при T = 4.2 К для различных величин B с шагом 0.02 Тл. Стрелкой указано положение максимума для l = 1. (d) Зависимость E_dc в максимуме с l = 1 от B². Линия соответствует соотношению: E_dc = (1/γ)(1/2γn_e)^1/2(e/m*)B², где γ = 1.8.

Осцилляции возникают при низких температурах в скрещенных электрическом и магнитном полях в дисках, ширина которых много меньше их среднего радиуса. Обнаруженный эффект объясняется туннелированием Зинера между уровнями Ландау в условиях, когда электрическое поле Холла отсутствует.

Интерес к изучению узкозонных полупроводниковых соединений V-VI групп (Bi₂Te₃, Bi₂Se₃ и др.), названных 3D топологическими изоляторами (ТИ), связан с проявлением этими соединениями уникальных физических свойств, открытых несколько лет назад.

Дисперсионные кривые Bi₂Te₂Se вдоль направления Г-К, измеренные методом фотоэмиссии с угловым разрешением (а) сравниваются с теоретическим результатом, полученным из первопринципных расчетов (б). (в) – результат измерения энергетического распределения электронов с разрешением по спину: красные треугольники вверх отражают распределения электронов по спину вверх, синие треугольники вниз – по спину вниз.

3D ТИ являются новым классом квантовых материалов, демонстрирующих поведение подобное квантовому эффекту Холла, где роль внешнего магнитного поля играет спин-орбитальное взаимодействие. Данные материалы имеют запрещенную зону в объёме, т.е. являются объёмными изоляторами, поверхность которых становится проводником за счет сильного спин-орбитального взаимодействия, вследствие чего возникают спин-расщепленные поверхностные состояния. Возникающие поверхностные состояния образуют дираковский конус вокруг точки Г, в котором направление спинового момента ортогонально волновому вектору и однозначно с ним связано.

В работе изучены перспективные с точки зрения электронного строения соединения Bi₂Te₂Se и Bi₂TeSe₂ [Phys. Rev. Lett. 109, 166802 (2012)], а также пассивационные свойства поверхности (0001) Bi₂Se₃ [J. ofAppl. Phys. 112, 113702 (2012)]. Впервые экспериментально показано, что высокая степень спиновой поляризации (~80%) сохраняется при переходе через точку Дирака с верхней ветки на нижнюю (рис. а,в) и находится в хорошем согласии с расчетами из первых принципов (рис. б).

Впервые экспериментально и расчетами из первых принципов объяснен механизм окисления поверхности (0001)Bi₂Se₃. Доказано, что наличие вакансий на поверхности Bi₂Se₃ (0001) приводит к формированию химической связи атомов висмута второго слоя с атомами кислорода через разрыв связи в молекулах О₂ и NO₂. Бездефектная поверхность (0001)Bi₂Se₃ остаётся инертной к окислению после долгого (несколько месяцев) хранения образцов на воздухе. Стабильность поверхностей ТИ и высокая степень спиновой поляризации в нижней и верхней частях конуса Дирака расширяет возможности использования этих материалов в приложениях спинтроники, в частности, при создании ТИ приборов на p-n переходах и затворах.

Изучен терагерцовый отлик двумерного электронного газа с высокой концентрацией и подвижностью в 13 нм GaAs квантовой яме на частотах 0.7 ТГц и 1.63 ТГц. Обнаружены осцилляции магнитосопротивления (МС), возникающие под воздействием излучения частотой 0.7 ТГц, положение максимумов которых определяются гармониками циклотронного резонанса (ЦР), а максимальная амплитуда составляет несколько процентов от полного сопротивления образца.

Рис. а - зависимость сопротивления высокоподвижного двумерного электронного газа от магнитного поля; б - индуцированные терагерцовым излучением осцилляции магнитосопротивления (TIRO) этой же системы; в - номера шубниковских осцилляций и TIRO в шкале обратного магнитного поля, г - резонансное циклотронное фотосопротивление при Т = 10 К.

Они являются аналогом осцилляций, индуцированных микроволновым излучением. При воздействии излучения 1.63 ТГц наблюдались особенности фотосопротивлении и фото-эдс, связанные со второй и третьей гармониками ЦР.