Immagine al microscopio elettronico a scansione di un dispositivo 2D Hall con quattro coppie di elettrodi per testare quattro diverse geometrie con un campione InAs 2D. Credito:Adam Micolich
Una delle prime cose che le persone fanno quando si imbattono in un nuovo materiale con proprietà elettroniche potenzialmente interessanti è misurare la tensione di Hall. Questo non è mai stato più vero che con l'esplosione di nuovi materiali 2-D, ma si scopre che spesso, i dispositivi realizzati con materiali 2-D destinati a misurare la tensione di Hall hanno una geometria inadeguata. Questo è proprio ciò che Adam Micolich e il suo team dell'Università del New South Wales hanno scoperto quando hanno iniziato a studiare le caratteristiche dei semiconduttori InAs 2-D III-V, e si sono resi conto che c'era una discrepanza di cui dovevano tenere conto tra l'assetto che avevano e l'assetto a cui miravano. "Abbiamo pensato che questo dovesse essere in letteratura; non possiamo essere i primi a voler correggere questo, ma in realtà non c'era niente là fuori, " dice a Phys.org.
Con dottorato di ricerca lo studente Jakob Seidl e il postdoc Jan Gluschke desiderosi di determinare quanto la geometria non ideale dei dispositivi 2D influenzi le loro misurazioni di Hall, i ricercatori hanno iniziato a modellare la configurazione ed eseguire una serie di minuziosi esperimenti su dispositivi 2-D Hall con diverse geometrie. Quello che hanno scoperto è che gli ostacoli al raggiungimento della geometria ideale per le misurazioni di Hall non introducevano piccole imprecisioni; infatti, le misurazioni erano generalmente inferiori di un fattore due, e in alcuni casi, un intero ordine di grandezza. "E la cosa interessante era che nella maggior parte dei casi, significava che le persone sottovalutano la cosa che apprezzano di più, che è la mobilità dei materiali, " aggiunge Micolich. "I loro materiali sono migliori di quello che pensano di essere, semplicemente non riescono a vederlo perché il loro assetto non è l'ideale".
Il problema con 2-D
L'effetto Hall si riferisce alla tensione che risulta quando un campo magnetico viene applicato a un materiale attraversato da una corrente, in cui tutti e tre sono perpendicolari tra loro. Questa tensione di Hall fornisce un'ottima indicazione della densità degli elettroni in un materiale, che insieme alla mobilità, danno la conduttività complessiva del materiale.
Per Micolich, i materiali con morfologie scomode per le misurazioni di Hall sono un vecchio problema. Il lavoro del gruppo deriva da lavori precedenti sui nanofili III-V, dove il problema era attaccare gli elettrodi per misurare la tensione di Hall a un dispositivo così stretto senza entrare in contatto l'uno con l'altro e quindi misurare la piccola tensione che risulta su distanze così piccole. Per i nanofili, la difficoltà nell'ottenere effettivamente qualsiasi misurazione significa che gli scienziati hanno fatto ricorso a tutti i tipi di soluzioni spesso insoddisfacenti per misurare le proprietà elettroniche. Però, Il gruppo di Lars Samuelson a Lund e il gruppo Thomas Schapers a Julich hanno dimostrato i primi esperimenti per ottenere la destrezza e la sensibilità su scala nanometrica necessarie per le misurazioni Hall dei nanofili.
Le misurazioni sistematiche di Hall su InA 2D con diverse geometrie rivelano imprecisioni che portano a sottostime significative per la loro cifra chiave di merito, mobilità degli elettroni. Credito:Adam Micolich
Circa un anno fa, Philippe Caroff e colleghi dell'Australian National University hanno scoperto di poter regolare il modello per far crescere array di InA non a forma di nanofili, ma con la larghezza allungata in "nanofine" 2-D. Qui, Le misurazioni di Hall avrebbero dovuto essere un po' più semplici poiché la tensione di Hall è stata generata su una distanza maggiore, portando a valori più grandi che dovrebbero essere più facili da misurare. Però, sebbene sia possibile effettuare misurazioni di Hall con materiali 2-D, la geometria ideale è un rettangolo più lungo che largo con una coppia di punti di contatto che toccano solo i lati del materiale 2-D. Negli esperimenti, questi punti di contatto hanno una larghezza finita che può essere piuttosto grande in termini di lunghezza del dispositivo. Inoltre, parte dell'elettrodo finisce inevitabilmente per sovrapporsi alla parte superiore del materiale 2-D perché sono così sottili. "Il piccolo pezzo di metallo sulla parte superiore in realtà conta molto, "dice Micolich.
Un'altra idiosincrasia di lavorare con materiali 2-D è il problema di riprodurre morfologie identiche, il che rende particolarmente difficili i confronti sistematici dell'effetto della geometria. Qui, Micolich e il suo team hanno avuto il vantaggio di lavorare su nanopinne coltivate in lotti di milioni di pinne quasi identiche alla volta. Per ridurre ulteriormente gli effetti della variazione del dispositivo sui risultati, hanno usato il minor numero di alette possibile e hanno attaccato più set di elettrodi con spaziature diverse, forme e sovrapposizioni per confrontare like for like il più possibile.
Correzioni a portata di mano
Non solo il lavoro evidenzia che questi materiali possono funzionare meglio di quanto si pensasse in precedenza, ma forniscono tabelle delle misurazioni in modo che le persone possano capire come correggere le carenze dei propri dispositivi. Le correzioni descritte dovrebbero essere applicabili a tutti i materiali indipendentemente dalle loro proprietà specifiche poiché solo la geometria del dispositivo influisce sulle misurazioni.
Micolich suggerisce che probabilmente ci sono stati molti gruppi nel corso degli anni che si sono resi conto che i loro dispositivi non si adattavano alla geometria ideale per le misurazioni di Hall, e potrebbe essere rimasto deluso per non aver trovato nulla in letteratura che indicasse come correggere l'effetto.
"Bene, "dice Micolich, "adesso c'è".
© 2020 Scienza X Rete
