Наноструктури представляють собою новий клас штучних напівпровідникових матеріалів з керованим спектром носіїв заряду. Цілеспрямовано змінюючи склад та структуру наноматеріалів, можна прогнозовано змінювати їх енергетичну зонну структуру і отримувати унікальні фізичні властивості, недосяжні для звичайних кристалів та плівок.
У лабораторії напівпровідникових наноструктур (керівник проф.. Сіпатов О.Ю.) на основі халькогенідних напівпровідників (PbS, PbSe, PbTe, SnTe, YbS, YbSe, YbTe, EuS, EuSe, EuTe, SrS) експериментально реалізовані різні типи наноструктур: 2D (надгратки, квантові ями), 1D (нанонитки), 0D (квантові точки), а також дислокаційні наносітки [11] з характерними розмірами до 1 нм. Слайд.
Нові явища, відкриті у створених наноструктурах:
- Розмірне квантування енергетичного спектру, пов’язане з обмеженням руху носіїв заряду розміром наноструктур, яке спостерігалось за зсувом ліній фотолюмінесценції [73–74]. Завдяки розмірному квантуванню наноструктури дозволяють не тільки значно збільшити інтенсивність випромінювання (у порівнянні зі звичайними світло діодами та лазерами), але й контролювати довжину хвилі випромінювання простою зміною розмірів наноструктур.
Для надграток PbSe-PbS вперше знайдено спектри люмінесценції з квантових точок, створених модуляцією структури періодичними дислокаціями вздовж міжфазних границь та модуляцією складу у ортогональному напрямку [61].
Для квантових точок PbTe, створених на основі гетероструктур PbTe-PbS та PbTe-EuS, спостерігаються зсуви піків фотолюмінесценції у сторону більших енергій на 30 – 80 меВ відносно масивного PbTe, що добре узгоджується з передбаченням для розмірного квантування у 0D-наноструктурах.
- Дослідження поперечного транспорту у 2D наноструктурах EuS-PbS показали присутність у них резонансного тунелювання [87] електронів через тонкі бар’ери EuS (2 – 5 нм), що робить вольт-амперні характеристики таких структур сильно нелінійними з появою на них участків з від’ємною диференційною провідністю. Встановлено, що провідність таких структур змінюється при переході бар’ерних шарів у феромагнітний стан і знак її зміни визначається взаємною орієентацією намагніченостей сусідніх шарів EuS [41]. Такі зміни провідності (еффект гігантського магнетоопору) пов’язані з обміннм розщепленням зони провідності бар’ерних шарів та спіновою поляризацією електронів, що туннлюють через них. Все це робить дані структури дуже перспективними для спінтроніки (спін-поляризованої електроніки), коли можна контролювати не тільки величину струму носіїв заряду, але і їх спіновий стан.
- Для дислокаційних наносіток вперше відкрито надпровідність [51,70] у багатошарових наноструктурах з халькогенідів свинцю, олова, європию та іттербію, які самі не є надпровідниками (відсутність сіток дислокацій призводить до відсутності надпровідності). Надпровідність має наступні характеристики: температура переходу Тс = 2 – 6 К; максимальне критичне магнітне поле Нс2 = 30 – 40 кЕ; енергетична щілина (D) – 2D/кТс = 10. Подібність надпровідних характеристик та структурних елементів дислокаційних наносіток та високотемпературних надпровідників (ВТНП) дозволяє зробити припущення про спільну природу механізму їх надпровідності та запропонувати дислокаційні наносітки у якості зручних модельних об’ектів ВТНП з добре контрольованими структурними параметрами.
- Для 2D наноструктур (надграток) вперше знайдено антиферомагнітне впорядкування [12,46] магнітних шарів EuS, зумовлене їх взаємодією через діамагнітні прошарки PbS, YbSe та SrS. Таке впорядкування спостерігається для незвично великого діапазону товщини прошарків вузько щілинного напівпровідника PbS (0,4 – 40 нм), широкощілинного YbSe та діелектрика SrS (1 – 2 нм).
