Физика узкощелевых и широкозонных полупроводников

Год основания – 60-годы XX века.

Основатель научной школы: академик РАН И.М. Цидильковский

Научное направление деятельности школы:

  • Электронная структура и свойства металлических и полупроводниковых материалов и низкоразмерных систем на их основе.
  • Электронные явления, низкотемпературная кинетика и эффекты спиновой поляризации в новых низкоразмерных структурах, легированных полупроводниковых и сверхпроводящих материалах.

 

Научные достижения:

  • В широком классе полупроводников обнаружены и исследованы магнитофононные квантовые осцилляции кинетических коэффициентов, предсказаны и открыты эффекты спин-магнитофононного резонанса, двухфононного резонанса и родственные явления, ставшие основой метода магнитофонной спектроскопии в изучении электронной структуры. Детально изучены свойства особого класса кристаллов – бесщелевых полупроводников, определены особенности их электронного энергетического спектра и примесных состояний. Установлено существование бесщелевого состояния в теллуридах и селенидах ртути и твердых растворах на их основе.
  • В гетеросистемах на основе теллурида ртути обнаружено явление гигантской спиновой поляризации электронов на энергетических уровнях в двумерном слое с помощью анализа угловой зависимости квантового эффекта Холла. Определены закономерности изменения проводимости и электронно-дырочного энергетического спектра в одиночных и двойных потенциальных квантовых ямах в зависимости от толщины ям и напряжённости магнитного поля.
  • В двумерных электронных системах полупроводниковых гетероструктур на основе германия и кремния экспериментальными исследованиями кинетики носителей тока, эффектов квантовой интерференции и межэлектронного взаимодействия обнаружены и изучены квантовые эффекты, характерные для данного класса систем в широком диапазоне параметров. На количественном уровне дано объяснение закономерностей квантового эффекта Холла, проявлений слабой локализации и взаимодействия носителей тока, найдено соотношение квантовых вкладов в проводимость, определены граница существования проводимости по делокализованным состояниями и механизм прыжковой проводимости, осуществляющийся после её перехода.
  • В полупроводниковых кристаллах, содержащих примеси переходных d-элементов, определена структура электронных энергетических спектров и физическая природа характерных кинетических и оптических свойств, связанных с проявлениями примесных d-электронов. В широкозонных полупроводниках спектроскопическими методами изучен характер расположения 3d-уровней энергии примесных состояний в запрещённой полосе кристалла и наблюдались сильные аномалии температурных зависимостей теплопроводности, обусловленные такими состояниями. На основе проведённых экспериментов и теоретических разработок установлено существование явления гибридизации донорных примесных электронных состояний, расположенных в полосе проводимости кристалла.
  • Обнаружены и объяснены на количественном уровне низкотемпературные аномалии концентрационных и температурных зависимостей кинетических, магнитных и термодинамических свойств, связанные  проявлениями гибридизированных состояний. Выявлено сильное влияние межэлектронного взаимодействия на температурные зависимости электронных вкладов гибридизации в теплоёмкость и скорость звука и на концентрационную зависимость спинового расщепления энергии электронов в магнитном поле. Прямыми экспериментами по аномальному эффекту Холла в предложенной термодинамической трактовке установлено существование спонтанной поляризации локализованной и однородной компонент гибридизированных состояний, отвечающее реализации эффективного механизма спиновой поляризации донорных электронов проводимости.
  • В высокотемпературных меднооксидных сверхпроводниках комплексным исследованием проводимости и гальваномагнитных явлений с анализом влияния примесей замещения и нестехиометрического беспорядка дано экспериментальное обоснование корреляции высокой степени двумерности кинетических свойств с максимальной температурой перехода в сверхпроводящее состояние. Обнаружена гигантская анизотропия электросопротивления монокристаллов слоистого сверхпроводника и установлено, что проводимость вдоль купратных слоев имеет двумерный металлический характер, а поперек слоев отвечает некогерентному прыжковому механизму переноса. Определена граница перехода диэлектрик-металл при изменении степени беспорядка и концентрации электронов.
  • Найдены условия существования электронной и дырочной подсистем в электронно-легированном слоистом сверхпроводнике. Обнаружены свидетельства реализации сверхпроводимости с анизотропным спариванием s - типа в определённом интервале легирования. В итоге получена целостная картина поведения сверхпроводящей слоистой системы с электронным типом носителей заряда при изменении уровня  легирования и степени нестехиометрического беспорядка.

 

 

Правительственные награды за научные достижения и научные премии, полученные в рамках работы по научным направлениям:

  • Государственная премия СССР (1982) – И.М. Цидильковский;
  • Государственная премия РФ для молодых ученых (2004) – В.Н. Неверов;
  • Премия им.А.Ф.Иоффе (1978) – И.М. Цидильковский;
  • Премия им.М.В.Ломоносова (1993) – И.М. Цидильковский;
  • Премия УрО РАН им. академика И.М. Цидильковского (2004) - Г.И. Харус; (2005) – Г.А. Альшанский;
  • Премия УрО РАН им. академика И.М. Цидильковского (2008) – В.И. Окулов
  • Диплом и медаль ВДНХ СССР (1983)  – И.М. Цидильковский;
  • Диплом и медаль ВДНХ СССР (1983)  – В.И. Соколов;

 

Проводимые конференции, школы в рамках работы по научным направлениям:

  • Российская конференция по физике полупроводников
  • I-XIX Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников «Электронные свойства низкоразмерных систем. Структура и свойства полупроводников с примесями переходных элементов. Новые электронные явления и материалы» (председатель оргкомитета В.И. Окулов, д.ф.м.н., профессор)