Ученые рассчитали, как расположение электрических контактов меняет сигнал в диске из графена
Физики из МФТИ и Института физики Дагестанского федерального исследовательского центра РАН рассчитали, как расположение электрических контактов и магнитное поле влияют на ток в графеновом диске. Построенная ими модель показала, что при изменении этих параметров ток может попеременно усиливаться и ослабевать, а ток, вызванный разностью температур, может даже менять направление.
Почему это важно?
Чтобы использовать графен в электронных устройствах, нужно понимать, от чего зависит измеряемый сигнал. Он может меняться не только из-за свойств самого материала, но и из-за того, где расположены электрические контакты. Ученые исследовали эту зависимость, чтобы выяснить, как геометрия направляет движение заряда и влияет на электрический отклик.
Как это работает?
Графен удобен для электроники тем, что носители заряда в нем могут преодолевать микрометровые расстояния почти без рассеяния — такой перенос называют баллистическим. В этих условиях электрон движется подобно бильярдному шару: края образца играют роль бортов, а контакты — луз. Магнитное поле искривляет траекторию, и между отражениями электрон движется не по прямой, а по дуге.
Исследователи рассмотрели диск с четырьмя контактами на границе. Через одни задавали напряжение или разность температур, между другими рассчитывали отклик. Круглую форму выбрали не случайно: она позволяет связать последовательные отражения простыми геометрическими соотношениями.
Результаты
Расчеты показали, что при изменении магнитного поля или положения измерительных контактов сигнал попеременно усиливается и ослабевает. Это связано с траекториями носителей: при определенных условиях частицы после нескольких отражений попадают в измерительный контакт — возникает геометрический резонанс. Стоит изменить поле — дуги изгибаются иначе, и частицы проходят мимо.
Особенно заметно геометрия влияла на эффект Нернста: вызванный разностью температур поперечный сигнал не только усиливался и ослабевал, но и менял знак. Ученые объясняют это изменением соотношения вкладов электронов и дырок, которые магнитное поле отклоняет в противоположные стороны.
Что дальше?
По мнению исследователей, геометрические колебания сигнала могут сохраняться и при комнатной температуре — для этого носители заряда должны проходить путь между контактами почти без рассеяния. Такой перенос на микрометровых расстояниях ранее наблюдали в графене, заключенном между слоями нитрида бора. Изученное управление баллистическим потоком создает платформу для разработки фазово-когерентных устройств, включая чувствительные терагерцевые детекторы и системы управления теплом.
