Imagen de microscopio electrónico de barrido de un dispositivo Hall 2D con cuatro pares de electrodos para probar cuatro geometrías diferentes con una muestra 2D InAs. Crédito:Adam Micolich
Una de las primeras cosas que hace la gente cuando se encuentra con un nuevo material con propiedades electrónicas potencialmente interesantes es medir el voltaje Hall. Esto nunca ha sido más cierto que con la explosión de nuevos materiales 2-D, pero resulta que a menudo, Los dispositivos fabricados con materiales 2-D destinados a tomar medidas de voltaje Hall tienen una geometría inadecuada. Esto es justo lo que Adam Micolich y su equipo de la Universidad de Nueva Gales del Sur encontraron cuando comenzaron a estudiar las características de los semiconductores 2-D III-V InAs, y se dieron cuenta de que había un desajuste que debían tener en cuenta entre la configuración que tenían y la configuración que buscaban. "Pensamos que esto debe estar en la literatura; no podemos ser los primeros en querer corregir esto, pero en realidad no había nada ahí fuera ", le dice a Phys.org.
Con Ph.D. el estudiante Jakob Seidl y el postdoctorado Jan Gluschke ansiosos por determinar en qué medida la geometría no ideal de los dispositivos 2-D afecta sus medidas Hall, los investigadores comenzaron a modelar la configuración y a realizar una serie de experimentos minuciosos en dispositivos Hall 2-D con diferentes geometrías. Lo que encontraron fue que los obstáculos para lograr la geometría ideal para las mediciones de Hall no introducían inexactitudes menores; De hecho, Las mediciones generalmente estaban fuera por un factor de dos, y en algunos casos, todo un orden de magnitud. "Y lo interesante es que, en la mayoría de los casos, significó que las personas subestiman lo que más valoran, cual es la movilidad de los materiales, "añade Micolich." Sus materiales son mejores de lo que creen, simplemente no pueden verlo porque su configuración no es la ideal ".
El problema con 2-D
El efecto Hall se refiere al voltaje que se produce cuando se aplica un campo magnético a un material con una corriente que lo atraviesa. en el que los tres son perpendiculares entre sí. Este voltaje Hall da una excelente indicación de la densidad de electrones en un material, que junto a la movilidad, dar la conductividad general del material.
Para Micolich, los materiales con morfologías incómodas para las mediciones de Hall son un viejo problema. El trabajo del grupo surgió de trabajos anteriores sobre nanocables III-V, donde el problema era conectar los electrodos para medir el voltaje de Hall a un dispositivo tan estrecho sin contactarse entre sí y luego medir el pequeño voltaje que resulta en distancias tan pequeñas. Para nanocables, la dificultad para obtener realmente cualquier medición significa que los científicos han recurrido a todo tipo de soluciones a menudo insatisfactorias para calibrar las propiedades electrónicas. Sin embargo, El grupo de Lars Samuelson en Lund y el grupo de Thomas Schapers en Julich demostraron los primeros experimentos para lograr la destreza y sensibilidad a nanoescala necesarias para las mediciones Hall de nanocables.
Las mediciones de Hall sistemáticas en 2D InA con diferentes geometrías revelan inexactitudes que conducen a subestimaciones significativas de su figura clave de mérito, movilidad de electrones. Crédito:Adam Micolich
Hace un año, Philippe Caroff y sus colegas de la Universidad Nacional de Australia descubrieron que podían ajustar la plantilla para hacer crecer matrices de InA que no tengan forma de nanocables. pero con el ancho estirado en 2-D "nanofins". Aquí, Las mediciones de Hall deberían haber sido un poco más sencillas ya que el voltaje de Hall se generó a una distancia mayor, lo que lleva a valores más grandes que deberían ser más fáciles de medir. Sin embargo, aunque es posible tomar medidas Hall con materiales 2-D, la geometría ideal es un rectángulo más largo que ancho con un par de puntos de contacto que tocan solo los lados del material 2-D. En experimentos, estos contactos puntuales tienen un ancho finito que puede ser bastante grande en términos de la longitud del dispositivo. Además, parte del electrodo inevitablemente termina superponiéndose a la parte superior del material 2-D porque son muy delgados. "El poco de metal en la parte superior realmente importa mucho, "dice Micolich.
Otra idiosincrasia de trabajar con materiales 2-D son los problemas de reproducción de morfologías idénticas, lo que dificulta especialmente las comparaciones sistemáticas del efecto de la geometría. Aquí, Micolich y su equipo tuvieron la ventaja de trabajar en nanofinas que se cultivaron en lotes de millones de aletas casi idénticas a la vez. Para reducir aún más los efectos de la variación del dispositivo en los resultados, utilizaron la menor cantidad posible de aletas y adjuntaron múltiples juegos de electrodos con diferentes espaciamientos, formas y superposiciones para comparar igual por igual tanto como sea posible.
Correcciones disponibles
El trabajo no solo destaca que estos materiales pueden funcionar mejor de lo que se pensaba, pero proporcionan tablas de las medidas para que las personas puedan averiguar cómo corregir las deficiencias de sus propios dispositivos. Se espera que las correcciones descritas sean aplicables a todos los materiales independientemente de sus propiedades específicas, ya que solo la geometría del dispositivo afecta las medidas.
Micolich sugiere que probablemente ha habido muchos grupos a lo largo de los años que se han dado cuenta de que sus dispositivos no se ajustan a la geometría ideal para las mediciones de Hall. y es posible que se haya sentido decepcionado al no encontrar nada en la literatura que indique cómo corregir el efecto.
"Bien, "dice Micolich, "ahora hay."
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