Registration Number
0826U001097, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
22-05-2026
popup.evolution
.
Title
Magnetotransport properties of Bi₂Se₃ whiskers for sensor electronics
Author
Mykhailo P. Mykytiuk,
popup.head Ihor P. Ostrovskii
popup.opponent Bohdan R. Tsizh
popup.opponent Bohdan S. Dzundza
popup.review Pavlo Y. Stakhira
popup.review Fedir O. Ivashchyshyn
popup.rada
Lviv Polytechnic National University
Description
Дисертацію присвячено комплексному дослідженню магнітотранспортних, надпровідних та квантово-інтерференційних властивостей ниткоподібних кристалів Bi₂Se₃<Pd>–низьковимірних топологічних матеріалів, що поєднують сильну спін-орбітальну взаємодію, поверхневі канали провідності та здатність формувати нетривіальні надпровідні фази. Робота орієнтована на поглиблення розуміння фізичних механізмів електронного транспорту в топологічних наноструктурах та оцінення їхнього потенціалу для наноелектроніки, сенсорики й спінтроніки. У дисертації розв’язано комплекс експериментальних і аналітичних завдань, спрямованих на встановлення фізичних механізмів транспорту в ниткоподібних кристалах Bi₂Se₃<Pd> з концентрацією паладію (1– 2)×1019см-3 у широкому температурному діапазоні 1,8–300K та магнітних полях до 14Т. Встановлено параметри двоступеневого надпровідного переходу з критичними температурами приблизно 5,3K, 3,5K, визначено верхнє критичне поле до 1,45Т, когерентну довжину близько 15нм, характерну для систем зі сильною спін-орбітальною взаємодією та нетрадиційною надпровідністю. Кількісний аналіз слабкої антилокалізації показав зростання довжини фазової когерентності при зниженні температури та інтенсивне спін-орбітальне розсіювання, що підтверджує домінування двовимірних приповерхневих каналів провідності. Додатково встановлено наявність Кондо-подібного мінімуму опору в діапазоні 25-30K, який відображає взаємодію делокалізованих носіїв із локалізованими магнітними моментами та впливає на стабільність надпровідної фази. Виявлено також тематичність–порушення ротаційної симетрії критичних полів, що узгоджується з поведінкою інших топологічних надпровідників на основі Bi2Se3. Отримані результати доповнено оцінкою прикладного потенціалу ниткоподібних Bi2Se3 як сенсорів сильних магнітних полів і температури та аналізом схем вторинної обробки сигналів для їх реалізації. Перший розділ містить аналіз сучасного стану досліджень топологічних ізоляторів на основі Bi2Se3, їхніх поверхневих станів та впливу легування на електронну структуру. Розглянуто механізми слабкої антилокалізації, Кондо-подібного розсіяння, прояви анізотропії та відомі приклади індукції надпровідності в легованих і гетероструктурних системах. Окрему увагу приділено порівнянню різних морфологічних форм матеріалу та впливу низьковимірності на транспорт. У другому розділі описано методику вирощування ниткоподібних кристалів Bi₂Se₃<Pd>, встановлення їх структурної якості та рівномірності легування. Наведено технологію створення омічних контактів, схеми кріогенних і високопольових вимірювань, вибір експериментальних умов і обладнання. Обґрунтовано підходи до мінімізації похибок, перевірки лінійності контактів та визначення концентрації носіїв і параметрів домішки. У третьому розділі представлено результати дослідження магнітотранспортних властивостей ниткоподібних кристалів Bi₂Se₃<Pd>, у яких одночасно проявляються сильна спін-орбітальна взаємодія, квантово-інтерференційні ефекти та взаємодії, подібні до Кондо-механізму. Дослідження слабкої антилокалізації показало її чіткий двовимірний характер і домінування приповерхневих каналів провідності, що визначають температурні залежності когерентних довжин і зумовлюють анізотропію транспортних властивостей. У температурному інтервалі 25–30 K встановлено мінімум опору, характерний для Кондо-подібного розсіяння, який суттєво впливає на низькотемпературну поведінку кристалів. Аналіз критичних полів і орієнтаційної залежності магніторезистивних характеристик виявив наявність слабко вираженої нематичної анізотропії, що відрізняє ниткоподібні структури від інших морфологічних форм Bi2Se3 та підкреслює роль топологічних поверхневих станів у формуванні транспортних властивостей матеріалу. У четвертому розділі зосереджено увагу на порівнянні надпровідних властивостей ниткоподібних кристалів Bi₂Se₃<Pd> з іншими системами на основі Bi2Se3. Встановлено, що об’ємне введення Pd призводить до формування стабільної надпровідної фази з двоступеневим переходом і значно підвищеними критичними параметрами–як відносно легованих Cu-, Sr- або Nb-монокристалів, так і інтерфейсних надпровідників типу Nb/Bi2Se3. Перевищення БКШ-ліміту для співвідношення Δ0/kBTc та коротка когерентна довжина свідчать про нетривіальний характер надпровідної фази, характерний для систем з сильною спін-орбітальною взаємодією. Проаналізовано специфічне поєднання залишкової надпровідності зі слабкою анти-локалізацією - унікальна риса ниткоподібних кристалів, не властива монокристалам і тонким плівкам Bi2Se3. У п’ятому розділі розглянуто можливості застосування ниткоподібних Bi₂Se₃<Pd> у сенсорних і спінтронних системах. Показано, що стабільний магнетоопір у широкому температурному діапазоні дозволяє використовувати зразки як сенсори сильних магнітних полів. Монотонна залежність R(T) у діапазоні 50–300K забезпечує придатність до створення температурних датчиків. Розроблено схеми вторинної обробки сигналів та окреслено перспективи застосування у комутаційних елементах
Registration Date
2026-04-20
popup.nrat_date
2026-04-20 / 2026-07-01
