Warszawa, 17 stycznia 2017

Nanodruty InAs, o mieszanej strukturze wurcytu i blendy cynkowej i kształcie litery K, z wbudowaną dwuwymiarową płytką wurcytową

W latach 30-tych XX w włoski fizyk Ettore Majorana na podstawie teorii kwantowej zaproponował istnienie cząstek fermionów, które są jednocześnie swoimi własnymi antycząstkami. Cząstki Majorany znajdowałyby się pośrodku między materią i antymaterią. Mimo, że istnienie takich cząstek przewidują niektóre rozszerzenia modelu standardowego fizyki cząstek elementarnych, to nie są znane żadne istniejące w naturze elementarne cząstki Majorany. W 2012 trzy grupy, w tym grupa prof. Moty Heibluma z Weizmann Institute w Izraelu, opublikowały w Nature i Science niezależnie doniesienia o obserwacji fermionów Majorany w układach półprzewodnikowych opartych na nanodrutach InSb i InAs [1-3]. Autorzy artykułów sugerują, że zaobserwowali stany związane o zerowej energii na końcach nanodrutów z nadprzewodzącym kontaktem, które mają cechy quasi cząsteczki Majorany. Od tego czasu eksperymentalne potwierdzenie istnienia fermionów Majorany w układach półprzewodnikowych jest jednym z najgorętszych tematów w dziedzinie nanotechnologii. Jednym z ważnych zagadnień jest eksperymentalne sprawdzenie teoretycznej hipotezy, że fermiony Majorany podlegają nieabelowej statystyce. Stwierdzono, że wymaga to sieci nanodrutów w kształcie liter Y lub X (lub K), umożliwiających wymianę tych cząstek. Zbudowanie takiej sieci nanodrutów nie jest jednak proste. Pierwsze doniesienie dotyczące wzrostu nanodrutów InAs w kształcie litery Y zostało opublikowane w 2013 r. w prestiżowym piśmie Nano Letters [4] przez grupę z Instytutu Weizmanna przy wsparciu teoretycznym grupy z Instytutu Fizyki PAN. Od tego czasu nie nastąpił jednak żaden postęp.

Obecnie ta sama grupa opublikowała w najnowszym, styczniowym numerze Nano Letters [5] wyniki dotyczące wzrostu MBE (metodą epitaksji z wiązek molekularnych) nanodrutów w kształcie litery K. Nanodruty te składają się z dwóch połączonych drutów o strukturze wurcytu, z dodatkowym nanodrutem o strukturze blendy cynkowej pomiędzy nimi. Ponadto, w trakcie tego wzrostu pomiędzy nanodrutem blendy cynkowej i jednym z drutów wurcytowych tworzy się czasami także dwuwymiarowa płytka InAs o strukturze czysto wurcytowej. Taka kombinacja struktury wurcytu i blendy cynkowej w nanodrutach oraz nanopłytki wurcytowe InAs w tej geometrii nie były nigdy przedtem otrzymane. Transformacja struktury krystalicznej od wurcytu do blendy cynkowej i współistnienie obu tych krystalograficznych faz zostało wytłumaczone przy pomocy modelowej analizy struktury krystalicznej.

PRACE NAUKOWE:

[1] "Zero-bias peaks and splitting in an Al InAs nanowire topological superconductor as a signature of Majorana fermions ,
      A. Das, Y. Ronen, Y. Most, Y. Oreg, M. Heiblum, H. Shtrikman,
      Nature Physics 8, 887 (2012).

[2] "The fractional a.c. Josephson effect in a semiconductor superconductor nanowire as a signature of Majorana particles ,
      L. P. Rokhinson, X. Liu, J. K. Furdyna,
      Nature Physics 8, 795 (2012).

[3] "Signatures of Majorana fermions in hybrid superconductor-semiconductor nanowire devices ,
      V. Mourik, K. Zuo, S. M. Frolov, S. R. Plissard, P. A. M. Bakkers, L. P. Kouwenhoven,
      Science 336, 1003 (2012).

[4] "Crystal Structure and Transport in Merged InAs Nanowires MBE Grown on (001) InAs ,
      J. H. Kang, Y. Cohen, Y. Ronen, M. Heiblum, R. Buczko, P. Kacman, R. Popovitz-Biro, H. Shtrikman,
      Nano Letters 13, 5190 (2013).

[5] "Wurtzite/Zinc-Blende K -shape InAs Nanowires with Embedded Two-Dimensional Wurtzite Plates ,
      J. H. Kang, M. Galicka, P. Kacman, H. Shtrikman,
      Nano Letters 17, 531 (2017).

KONTAKTY DO NAUKOWCÓW:

       prof. dr hab. Perła Kacman

       Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie

       tel. tel. +48 22 116 32 75

       email: kacman@ifpan.edu.pl

MATERIAŁY GRAFICZNE:

IFPAN170117_fot01.jpg