Фазовый переход под давлением в халькогенидах свинца вызывает одновременную отрицательную фотопроводимость и сверхпроводимость
Исследовательская группа под руководством профессора Ван Сяньлуна и доктора Ван Пэя из Хэфэйского института физических наук Китайской академии наук обнаружила одновременную отрицательную фотопроводимость (NPC) и сверхпроводимость посредством структурного перехода, вызванного давлением, в PbSe₀.₅Te₀.₅ (халькогенид свинца). Работа опубликована в журнале Advanced Materials. Было обнаружено, что переход PPC–NPC (от положительной к отрицательной фотопроводимости), вызванный давлением, возникает из-за сильного неравновесного распределения возбужденных носителей. Это происходит из-за усиленного электрон-фононного взаимодействия, возникающего в результате фототермического эффекта, который снижает концентрацию и подвижность носителей. Расчеты теории функционала плотности доказали, что резко улучшенные p–p и s–p гибридизации приводят к усилению электрон-фононного взаимодействия на уровне Ферми, облегчая переход полупроводника в сверхпроводник. Структурно-зависимая сверхпроводимость и NPC переключаются посредством электрон-фононного взаимодействия, опосредованного давлением, при освещении или охлаждении.
Рис. Фазовые диаграммы и концентрация носителей ne как функция давления во время сжатия и декомпрессии для сверхпроводящего и фотопроводящего PbSe₀.₅Te₀.₅. Кредит: Ван Пей.
NPC — это уникальное явление, при котором проводимость материала уменьшается из-за захвата носителей заряда в локализованных состояниях. Это приводит к уменьшению числа свободных носителей, что противоречит более распространенному поведению положительной фотопроводимости (PPC).
Целью работы было изучение реакцию PbSe₀.₅Te₀.₅ на модуляцию давления под воздействием видимого света и низких температур, как изменения в кристаллической и электронной структурах материала влияют на его фотопроводящие, так и на сверхпроводящие свойства. Учёные использовали собстенную разработанную экспериментальную установку.
Было обнаружено, что переход PPC–NPC, вызванный давлением, возникает из-за сильного неравновесного распределения возбужденных носителей. Это происходит из-за усиленного электрон-фононного взаимодействия, возникающего в результате фототермического эффекта, который снижает концентрацию и подвижность носителей.
Расчеты теории функционала плотности (DFT) доказали, что резко улучшенные p–p и s–p гибридизации приводят к усилению электрон-фононного взаимодействия на уровне Ферми, облегчая переход полупроводника в сверхпроводник. Структурно-зависимая сверхпроводимость и NPC переключаются посредством электрон-фононного взаимодействия, опосредованного давлением, при освещении или охлаждении.
Данное исследование проливает свет на происхождение сверхпроводящих и фотопроводящих переходов в универсальных материалах халькогенидов свинца.
