RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 12, 2025
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Cтатьи, принятые к публикации
Обзоры актуальных проблем


ТермоЭДС в топологических изоляторах и двумерных полуметаллах на основе HgTe

 а,  б, в,  а,  б,  г, д
а Universidade de São Paulo, Instituto de Física, São Paulo, Brazil
б Институт физики полупроводников СО РАН, просп. Ак. Лаврентьева 13, Новосибирск, 630090, Российская Федерация
в Новосибирский государственный университет, Академгородок, ул. Пирогова 2, Новосибирск, 630090, Российская Федерация
г Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, просп. Лаврентьева 13, Новосибирск, 630090, Российская Федерация
д Новосибирский национальный исследовательский государственный университет, Академгородок, ул. Пирогова 2, Новосибирск, 630090, Российская Федерация

В последние годы были предприняты значительные усилия по исследованию влияния нетривиальной электронной топологии на термоэлектрические свойства материалов. В частности топологические изоляторы и двумерные полуметаллы стали новым классом термоэлектрических материалов. Когда уровень Ферми находится в пределах запрещенной зоны, термоэлектрический транспорт в двумерных топологических изоляторах определяется в первую очередь  одномерными геликоидальными краевыми состояниями, тогда как в трехмерных топологических изоляторах транспорт определяется двумерными состояниями, которые существуют на поверхности материала. В настоящей работе сделан обзор результатов, полученных на квантовых ямах HgTe, уникальность которых заключается в том, что они сочетают в себе оптимальные характеристики топологических изоляторов и наиболее эффективных термоэлектрических материалов. Также рассматрены термоэлектрические явления в двумерных полуметаллах на основе HgTe. Эти материалы имеют перекрывающиеся в энергетическом пространстве электронные и дырочные зоны, что приводит к сильному взаимному рассеянию между электронами и дырками, которое влияет на термоэлектрический транспорт и приводит к температурно-зависимому сопротивлению. Явления термоЭДС в двумерных полуметаллах рассматриваются с учетом эффектов диффузии и фононного увлечения. Кроме того, в обзоре обсуждаются двумерные полуметаллы Вейля с бесщелевым конусным спектром и их термоэлектрические свойства. Отмечается влияние сосуществования дираковских и тяжелых дырок в валентной зоне на термоэлектрические свойства данного материала и его потенциал для применения в термоэлектрических устройствах.

Ключевые слова: топологический изолятор, термоэдс, квантовый транспорт, квантовая яма HgTe
DOI: 10.3367/UFNr.2025.04.039898
Цитата: Гусев Г М, Квон З Д, Левин А Д, Ольшанецкий Е Б, Михайлов Н Н "ТермоЭДС в топологических изоляторах и двумерных полуметаллах на основе HgTe" УФН, принята к публикации

Поступила: 14 февраля 2025, доработана: 2 апреля 2025, 9 апреля 2025

English citation: Gusev G M, Kvon Z D, Levin A D, Olshanetskii E B, Mikhailov N N “Thermopower in HgTe-based topological insulators and two-dimensional semimetals” Phys. Usp., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2025.04.039898

Список литературы (90) ↓ Похожие статьи (16)

  1. Ziman J M Principles of the Theory of Solids (Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1972)
  2. Shi X L, Zou J, Chen Z G Chem. Rev. 120 7399 (2020)
  3. Qi X L, Zhang S C Rev. Mod. Phys. 83 1057 (2011)
  4. Qi X L, Zhang S C Phys. Today 63 33 (2010)
  5. Hasan M Z, Kane C L Rev. Mod. Phys. 82 3045 (2010)
  6. Панкратов О А УФН 188 1119 (2018); Pankratov O A Phys. Usp. 61 1116 (2018)
  7. Durnev M V, Tarasenko S A Ann. Physik 531 1800418 (2019)
  8. Тарасенко С А УФН 188 1129 (2018); Tarasenko S A Phys. Usp. 61 1026 (2018)
  9. Веденеев С И УФН 187 411 (2017); Vedeneev S I Phys. Usp. 60 385 (2017)
  10. Xu Y, Gan Z, Zhang S C Phys. Rev. Lett. 112 226801 (2014)
  11. Gusev G M Solid State Commun. 302 113701 (2019)
  12. Квон З Д УФН 190 673 (2020); Kvon Z D Phys. Usp. 63 629 (2020)
  13. Konig M Science 318 766 (2007)
  14. Konig M J. Phys. Soc. Jpn. 77 031007 (2008)
  15. Roth Andreas Science 325 294 (2009)
  16. Квон З Д Письма в ЖЭТФ 87 000 (2008); Kvon Z D JETP Lett. 87 502 (2008)
  17. Gusev G M Phys. Rev. Lett. 104 166401 (2010)
  18. B<$>ddot {rm u}<$>ttner B Nature Phys. 7 418 (2011)
  19. Козлов Д А Письма в ЖЭТФ 96 000 (2012); Kozlov D A JETP Lett. 96 730 (2012)
  20. Hasan M Z, Moore J E Annu. Rev. Cond. Matter. Phys. 2 55 (2011)
  21. Gusev G M 2D Mater. 9 015021 (2022)
  22. Ivanov Yu V, Burkov A T, Pshenay-SeverD A Phys. Status Solidi B 255 1800020 (2018)
  23. Xu Ning, Xu Yong, Zhu Jia NPJ Quantum Mater. 2 51 (2017)
  24. Ngabonziza, Prosper Nanotechnology 33 192001 (2022)
  25. Kalantari, Mohammad Hassan, Zhang Xian Nanomaterials 13 117 (2023)
  26. Дьяконов М И, Хаецкий А В ЖЭТФ 82 000 (1982); Dyakonov M I, Khaetskii A V Sov. Phys. JETP 55 917 (1982)
  27. Gerchikov L G, Subashiev A V Phys. Status Solidi B 160 443 (1990)
  28. Novik E G Phys. Rev. B 72 035321 (2005)
  29. Raichev O E Phys. Rev. B 85 045310 (2012)
  30. Gospodaric J Phys. Rev. B 104 115307 (2021)
  31. Dantscher K M Phys. Rev. B 92 165314 (2015)
  32. Xu Y, Gan Z, Zhang S-C Phys. Rev. Lett. 112 226801 (2014)
  33. Hsu C-H Semicond. Sci. Technol. 36 123003 (2021)
  34. Schmidt T L Phys. Rev. Lett. 102 256803 (2009)
  35. Maciejko J Phys. Rev. Lett. 102 256803 (2009)
  36. Kainaris N Phys. Rev. B 90 075118 (2014)
  37. Strom A, Johannesson H, Japaridze G I Phys. Rev. Lett. 104 256804 (2010)
  38. CrepF Phys. Rev. B 86 121106 (2012)
  39. Budich J C Phys. Rev. Lett. 108 086602 (2012)
  40. Hsu C-H Phys. Rev. B 96 081405 (2017)
  41. Hsu C-H Phys. Rev. Lett. 121 106601 (2018)
  42. Vayrynen J I, PikulD I, Alicea J Phys. Rev. Lett. 121 106601 (2018)
  43. Vayrynen J I, GoldsteM, Glazman L I Phys. Rev. Lett. 110 216402 (2013)
  44. Vayrynen J I Phys. Rev. B 90 115309 (2014)
  45. Essert S, Krueckl V, Richter K Phys. Rev. B 92 205306 (2015)
  46. Aseev P P, Nagaev K E Phys. Rev. B 94 045425 (2016)
  47. Wang J, Meir Y, Gefen Y Phys. Rev. Lett. 118 046801 (2017)
  48. Novelli P Phys. Rev. Lett. 122 016601 (2019)
  49. Delplace P, Li J, Buttiker M Phys. Rev. Lett. 109 246803 (2012)
  50. Курилович П Д Письма в ЖЭТФ 106 000 (2017); Kurilovich P D JETP Lett. 106 593 (2017)
  51. Sablikov V A, Sukhanov A A Phys. Rev. B 103 155424 (2021)
  52. Chou Yang-Zhi, Nandkishore R M, Radzihovsky L Phys. Rev. B 98 054205 (2018)
  53. Bindel J R Nature Phys. 12 920 (2016)
  54. Gusev G M Phys. Rev. B 84 121302 (2011)
  55. Rahim A 2D Mater. 2 044015 (2015)
  56. Gusev G M 2D Mater. 6 014001 (2019)
  57. Olshanetsky E B Phys. Rev. Lett. 114 126802 (2015)
  58. Gusev G M Sci. Rep. 9 831 (2019)
  59. Gusev G M Phys. Rev. B 89 125305 (2014)
  60. Парфенов О Е, Шклярук Ф А Физика и техника полупроводников 41 0000 (2007); Parfenov O E, Shklyaruk F A Semiconductors 41 1021 (2007)
  61. Br<$>ddot {rm u}<$>ne C Phys. Rev. Lett. 106 126803 (2011)
  62. Br<$>ddot {rm u}<$>ne C Phys. Rev. X 4 041045 (2014)
  63. Kozlov D A Phys. Rev. Lett. 112 196801 (2014)
  64. Kozlov D A Phys. Rev. Lett. 116 166802 (2016)
  65. Ziegler J Phys. Rev. Research 2 033003 (2020)
  66. Muller V L Nano Lett. 21 5195 (2021)
  67. Ольшанецкий Е Б Письма в ЖЭТФ 89 000 (2007); Olshanetsky E B JETP Lett. 89 290 (2007)
  68. Энтин М В ЖЭТФ 144 000 (2013); EntM V J. Exp. Theor. Phys. 117 933 (2013)
  69. Гусев Г М Письма в ЖЭТФ 107 000 (2018); Gusev G M JETP Lett. 107 789 (2018)
  70. Josta A Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114 3381 (2017)
  71. Gusev G M Nanomaterials 11 3364 (2021)
  72. Hwang E H, Das S S Phys. Rev. B 67 115316 (2023)
  73. Nagaev K E, ManoshA A Phys. Rev. B 102 155411 (2020)
  74. Nagaev K E Phys. Rev. B 106 085411 (2022)
  75. Pal H K, Yudson V I, Maslov D L Lithuanian J. Phys. 52 142 (2012)
  76. Мурзин С С Письма в ЖЭТФ 67 000 (1998); MurzS S JETP Lett. 67 113 (1998)
  77. Kravchenko V Phys. Rev. B 59 2376 (1999)
  78. Li S, Maslov D L Phys. Rev. B 98 245134 (2018)
  79. Lee W-R, Michaeli K, Schwiete G Phys. Rev. B 103 115140 (2021)
  80. Кейго Т ЖЭТФ 74 000 (1978); Keigo T Sov. Phys. JETP 47 133 (1978)
  81. Гантмахер В Ф, Левинсон И Б ЖЭТФ 74 000 (1978); Gantmakher V F, Levinson I B Sov. Phys. JETP 47 133 (1978)
  82. Заварицкий Н В, Квон З Д Письма в ЖЭТФ 38 00 (1983); Zavaritskii N V, Kvon Z D JETP Lett. 38 97 (1983)
  83. Magarill L I
  84. Van der Walle C G Phys. Rev. B 39 1871 (1989)
  85. Qteiish A, Needs R D Phys. Rev. B 45 1317 (1992)
  86. Gusev G M Phys. Rev. B 96 045304 (2017)
  87. Zuev Y M, Chang W, Kim P Phys. Rev. Lett. 102 096807 (2009)
  88. Mahmoodian M M, EntM V Phys. Status Solidi B 256 1800652 (2019)
  89. Mahmoodian M M, EntM V Phys. Rev. B 101 125415 (2020)
  90. Добрецова А А Письма в ЖЭТФ 104 000 (2016); Dobretsova A A JETP Lett. 104 388 (2016)
© Успехи физических наук, 1918–2025
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение