Проект направлен на экспериментальное и теоретическое исследование пьезоэлектрических (ПЭ) полей эпитаксиальных слоев твердых растворов GaInP2/GaAs и GaInAs2/InP генерируемых за счет спонтанного упорядочения атомов In и Ga с целью использования таких слоев в наногетероструктурах и получения новых квантовых материалов. В данных твердых растворах (ТР) при определенных режимах эпитаксиального роста эффекты беспорядка в катионной подрешетке подавляются и происходит частичное упорядочение атомов с формированием кристаллической структуры CuPt, которая представляет собой монослойную сверхрешетку GaP/InP ориентированную вдоль направлений [111]B. Такая кристаллическая структура имеет ромбоэдрическую симметрию и ненулевой электрический дипольный момент, т.е., спонтанную поляризацию, и является сегнетоэлектриком. Структура и электронные свойства CuPt упорядоченных полупроводниковых ТР (в основном соединений AIIIBV) хорошо изучены, однако экспериментальные данные о ПЭ полях в этих ТР ограничены, основываются на косвенных (оптических) измерениях и их влияние на электронные свойства этих материалов не исследовано. При этом прямые измерения и теоретическое описание сегнетоэлектрических свойств и пьезоэффекта в этих материалах, учитывающие специфические структурные свойства эпитаксиальных слоев, таких как толщина, степень упорядочения, размер и ориентация упорядоченных доменов, и.т.д., используемых для различных применений, отсутствуют.
В последние годы слои GaInP2/GaAs используются в качестве подложек для двумерных атомарно тонких полупроводников таких как дихалькогениды переходных металлов (MoS2 и др.) для создания новых электронных и оптоэлектронных приборов. Кроме того, на примере структур квантовых точек InP/GaInP2/GaAs нами было обнаружено, что ПЭ поля в атомно упорядоченном GaInP2 обуславливают локальное легирование и формирование квантовых луж, что открывает перспективы их использования в помехозащищенных квантовых вычислениях и обуславливает актуальность предлагаемых исследований.
Для данного проекта с помощью измерения поверхностного потенциала методом электросиловой зондовой микроскопии нами были проведены прямые измерения ПЭ поля эпитаксиальных слоев CuPt GaInP2/GaAs, которые показали что его величина и знак зависят от толщины и предыстории образца, что является крайне неожиданным и указывает на сильную зависимость ионности/ковалентности связей ТР от локальных напряжений, что, в свою очередь, указывает на мартенситные состояния наблюдавшиеся нами в этом ТР ранее. Кроме того, предварительный анализ полученных данных показывает, что генерация ПЭ поля должна сопровождаться легированием ТР электронами или дырками в зависимости от знака поля и существенно влиять на транспортные свойства.
В проекте будет проведено детальное экспериментальное и теоретическое исследование обнаруженных эффектов в GaInP2/GaAs и исследована возможность их проявления в мало изученном InGaAs2/InP. Методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений будут выращены атомно-упорядоченные слои GaInP2/GaAs и InGaAs2/InP различной толщины и степени упорядочения, проведены структурные измерения полученных слоев с помощью рентгеновской дифракции и электронной микроскопии. Будут проведены прямые измерения ПЭ эффекта и ПЭ полей методами электросиловой сканирующей микроскопии с использованием зондов Кельвина в сочетании с электрическими (проводимость и емкость) и оптическими (фотолюминесценция и рамановское рассеяние света) измерениями. По результатам измерений и их анализа будет разработана теоретическая модель ПЭ эффекта в этих материалах.
