Les révélations de défauts de Halle suscitent la recherche de matériaux 2D


Les révélations de défauts de Hall déclenchent la poursuite des matériaux 2D

Image au microscope électronique à balayage d’un appareil à effet Hall 2D avec quatre paires d’électrodes pour tester quatre géométries différentes avec un échantillon 2D InAs. Crédit photo: Adam Micolich

L’une des premières choses que les gens font lorsqu’ils rencontrent un nouveau matériau aux propriétés électroniques potentiellement intéressantes est de mesurer la tension de Hall. Cela n’a jamais été aussi vrai qu’avec l’explosion de nouveaux matériaux 2D, mais il s’avère que les appareils en matériaux 2D destinés à effectuer des mesures de tension Hall ont souvent une inappropriée. C’est exactement ce qu’Adam Micolich et son équipe de l’Université de la Nouvelle-Galles du Sud ont lorsqu’ils ont commencé à étudier les propriétés du semi-conducteur 2-D III-V InAs et ont réalisé qu’il y avait un décalage qui Cela devait être pris en compte entre les versions que vous aviez et la configuration que vous recherchiez. « Nous pensions que cela devait figurer dans la . Nous ne pouvons pas être les premiers à résoudre ce problème, mais il n’y avait en fait rien là-bas », dit-il à Phys.org.

Avec Ph.D. L’étudiant Jakob Seidl et le post-doctorant Jan Gluschke ont voulu savoir dans quelle mesure la géométrie non idéale des appareils 2D affecte leurs mesures de Hall. Les chercheurs ont commencé à modéliser la configuration et à mener une série d’expériences minutieuses en utilisant des dispositifs 2D Hall de différentes géométries. Ils ont constaté que les obstacles à l’obtention de la géométrie idéale pour les mesures de Hall ne causaient pas d’inexactitudes mineures. En fait, les mesures étaient généralement un facteur de deux et dans certains cas tout un ordre de grandeur hors de la plage. «Et ce qui est intéressant, c’est que dans la plupart des cas, les gens sous-estiment ce qu’ils apprécient le plus, à savoir la mobilité des matériaux», ajoute Micolich. « Vos matériaux sont meilleurs que vous ne le pensez, vous ne pouvez tout simplement pas les voir parce que leur structure n’est pas idéale. »

Le problème avec 2-D

L’effet Hall fait référence à la tension créée lorsqu’un magnétique est appliqué à un matériau à travers lequel un courant circule dans lequel les trois sont perpendiculaires l’un à l’autre. Cette tension de Hall donne une excellente indication de la densité électronique dans un matériau, ce qui, avec la mobilité, donne la conductivité globale du matériau.

Pour Micolich, les matériaux aux morphologies défavorables pour les mesures Hall sont un vieux problème. Le travail du groupe est né de travaux antérieurs sur les nanofils III-V où le problème était de fixer les électrodes pour mesurer la tension de Hall sur un appareil aussi étroit sans toucher, puis la tension minuscule. pour mesurer ce résultat sur de si petites distances. Pour les nanofils, la difficulté d’obtenir une mesure signifie que les scientifiques ont eu recours à toutes sortes de solutions de contournement souvent insatisfaisantes pour mesurer les propriétés électroniques. Cependant, le groupe de Lars Samuelson à Lund et le groupe de Thomas Schapers à Julich ont démontré les premières expériences pour atteindre la dextérité et la sensibilité à l’échelle nanométrique requises pour les mesures Hall de nanofils.

Les révélations de défauts de Hall déclenchent la recherche de matériaux 2D

Les mesures systématiques de Hall sur des InAs 2D avec des géométries différentes montrent des inexactitudes qui conduisent à des sous-estimations considérables pour leur chiffre clé de mérite, la mobilité électronique. Crédit photo: Adam Micolich

Il y a environ un an, Philippe Caroff et ses collègues de l’Université nationale australienne ont découvert qu’ils pouvaient adapter le modèle afin que les tableaux InAs ne se développent pas sous la forme de nanofils, mais avec une largeur étirée dans des nanofins 2-D. Les mesures de Hall auraient dû être un peu plus faciles ici, car la tension de Hall a été générée sur une plus grande , ce qui a abouti à des valeurs plus grandes qui devraient être plus faciles à mesurer. S’il est possible d’effectuer des mesures Hall sur des matériaux 2D, la géométrie idéale est un rectangle plus long que large, avec deux contacts ponctuels touchant uniquement les côtés du matériau 2D. Dans les expériences, ces contacts ponctuels ont une largeur finie qui peut être assez importante par rapport à la longueur de l’appareil. En outre, une partie de l’électrode chevauche inévitablement le dessus du matériau 2D car ils sont si fins. «Le petit morceau de métal sur le dessus est en fait très important», déclare Micolich.

Une autre particularité du travail avec des matériaux 2D est le problème de la reproduction de morphologies identiques, ce qui rend les comparaisons systématiques des effets de la géométrie particulièrement difficiles. Ici, Micolich et son équipe ont eu l’avantage de travailler sur des nanofins, qui ont été cultivées par lots de millions d’ailerons presque identiques en même temps. Pour réduire davantage l’impact des variations de l’appareil sur les résultats, ils ont utilisé le moins de nervures possible et ont attaché plusieurs ensembles d’électrodes avec des espacements, des formes et des chevauchements différents pour comparer autant que possible.

Corrections disponibles

Non seulement le travail met en évidence que ces matériaux peuvent être plus performants qu’on ne le pensait, mais il fournit également des tableaux de mesures afin que le personnel puisse trouver comment réparer les défauts de son propre équipement. Les corrections décrites devraient s’appliquer à tous les matériaux quelles que soient leurs propriétés spécifiques, car seule la géométrie de l’appareil affecte les mesures.

Micolich soupçonne qu’il y a probablement eu de nombreux groupes au fil des ans qui se sont rendu compte que leurs appareils ne correspondaient pas à la géométrie idéale pour les mesures de Hall et ont peut-être été déçus de ne rien trouver dans la littérature pour suggérer comme le L’effet peut être corrigé.

« Eh bien, » dit Micolich, « maintenant il y en a. »


Les chercheurs développent des dispositifs très sensibles pour détecter les champs magnétiques


Plus d’information:
Jan G. Gluschke, Jakob Seidl, H.Hoe Tan, Chennupati Jagadish, Philippe Caroff et Adam P. Micolich Influence des sondes métalliques invasives sur les mesures de Hall dans les nanostructures semi-conductrices, Nanoscale (2020). doi.org/10.1039/D0NR04402D

J. Seidl et coll. Retrouver une dimension spatiale: nanofilms InAs bidimensionnels transférables mécaniquement et cultivés par épitaxie de surface sélective, Nano lettres (2019). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.9b01703

© 2020 Réseau Science X

Citation: Les révélations de bogues de Hall suscitent des aspirations pour les matériaux 2D (13 octobre 2020) publié le 13 octobre 2020 sur https://phys.org/news/2020-10-hall-error-revelations-aspirations -d.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

Laisser un commentaire