Материалы с фазовым переходом привлекли большое внимание исследователей из-за разницы в оптических и электрических свойствах двух их фаз. Их атомные структуры меняются от аморфной к кристаллической и обратно при нагревании и охлаждении, и это делает их полезными для электронных устройств, где информацию необходимо постоянно записывать и переписывать.
Теперь исследователи из Университета Хиросимы говорят, что они обнаружили электроны Дирака – электроны, которые ведут себя так, как будто у них нет массы – в материале с фазовым переходом, обычно используемом в компакт-дисках и DVD. Считается, что открытие «безмассовых» электронов может привести к созданию более быстрых электронных устройств.
Рассматриваемый материал – GeSb2Te4, топологически нетривиальное соединение с фазовым переходом, обычно используемое в качестве материала памяти в оптических дисках с фазовым переходом. Он уникален тем, что в его кристаллической фазе есть электроны Дирака, которые ведут себя как «трехмерный аналог графена».
В опубликованной научной работе исследователи объясняют, что аморфная фаза демонстрирует полупроводниковое поведение с большим удельным электрическим сопротивлением. Напротив, кристаллическая фаза ведет себя как металл с более низким удельным сопротивлением.
Хотя графен уже широко используется в качестве высокоскоростного проводника, он имеет несколько недостатков в электронных устройствах. Однако исследователи говорят, что GeSb2Te4 – более эффективный материал, сочетающий в себе скорость и гибкость. А поскольку каждая фаза имеет индивидуальные обратимые свойства, ее можно использовать в электронных устройствах, где информация повторяется многократно.
Исследователи уже были хорошо осведомлены о контрастирующих оптических и электрических свойствах материалов с халькогенидным фазовым переходом. Это привело к их широкому использованию в устройствах памяти. Однако, выполнив фотоэмиссионную спектроскопию с разрешением по спину, времени и углу, исследовательская группа обнаружила в экспериментальных результатах, что кристаллическая фаза материала стала топологически нетривиальной вблизи фазы полуметалла Дирака. Это приводит к линейно-дисперсным объемным дираковским полосам, пересекающим уровень Ферми и отвечающим за проводимость в стабильной кристаллической фазе GeSb2Te4.
Кроме того, исследователи обнаружили, что поверхность кристаллической структуры имеет общие характеристики с топологическим изолятором, где внутренняя структура статична, а поверхность действует как проводник. Как трехмерная версия графена, GeSb2Te4 сочетает в себе скорость и гибкость, чтобы дать дорогу следующему поколению электрических коммутационных устройств.
© digitrode.ru