Для того чтобы иметь возможность контролировать поведение электронов, многие полупроводниковые материалы подвергают химическому легированию. Присутствие посторонних элементов, доноров или акцепторов, вносит изменения в концентрацию электронов, которые могут использоваться для управления током.

Однако, в исследовательских целях, химическое легирование применяется ограниченно, так как оно вызывает необратимые изменения в структуре изучаемого материала. Посторонние атомы нарушают естественную организацию и могут маскировать важные электронные состояния чистого материала.

Команда Центра продвинутых 2D-материалов (CA2DM) Научного факультета Национального Университета Сингапура (NUS) сумела воспроизвести эффекты химического легирования с помощью одних только внешних электрических и магнитных полей. Об этом сообщил на своих страницах престижный научный журнал Nature.

Авторы воздействовали на химически чистые монокристаллы октаэдрического диселенида титана (1T-TiSe₂) толщиной менее 10 нм, размещённые между атомными слоями гексагонального нитрида бора (hBN). Минимальная толщина обоих материалов играла критическую роль: электроны оказывались заключены в двумерном слое, где воздействие электрического и магнитного полей было наиболее сильным и равномерным.

Используя этот метод исследователи смогли точно и обратимо управлять движением электронов, а также выполнять измерения, до сих пор остававшиеся неосуществимыми на практике.

«В частности, мы также смогли ввести материал в состояние, называемое сверхпроводимостью, в котором электроны проходили из конца в конец без каких-либо тепловых или энергетических потерь», — сообщил руководитель работы, профессор NUS Кастро Нето (Antonio Castro Neto).

Разработка высокотемпературных 2D-сверхпроводников является мегазадачей коллектива CA2DM. Новый метод «полевого легирования», на совершенствование которого ушло около двух лет, приблизит ученых к её решению, сделав возможными эксперименты, проливающие новый свет как на высокотемпературную сверхпроводимость, так и на другие интересные явления физики твёрдого тела.