En av de första sakerna människor gör när de stöter på ett nytt material med potentiellt intressanta elektroniska egenskaper är att mäta Hall-spänningen. Aldrig har detta varit mer sant än med explosionen av nya 2D-material, men det visar sig att ofta, enheter gjorda av 2D-material avsedda att ta Hall-spänningsmätningar har olämplig geometri. Detta är precis vad Adam Micolich och hans team vid University of New South Wales fann när de började studera egenskaperna hos 2-D III-V-halvledaren InAs, och insåg att det fanns en missmatchning de behövde ta hänsyn till mellan upplägget de hade och upplägget de siktade på. "Vi tänkte att detta måste finnas i litteraturen; vi kan inte vara de första som vill rätta till detta, men det fanns faktiskt ingenting där ute, " säger han till Phys.org.

Med Ph.D. student Jakob Seidl och postdoc Jan Gluschke angelägna om att bestämma hur mycket den icke-ideala geometrin hos 2-D-enheter påverkar deras Hall-mätningar, forskarna började modellera uppställningen och utföra en serie noggranna experiment på 2D Hall-enheter med olika geometrier. Vad de fann var att hinder för att uppnå den ideala geometrin för Hall-mätningar inte introducerade mindre felaktigheter; faktiskt, mätningarna var i allmänhet ute med en faktor två, och i vissa fall, en hel storleksordning. "Och det intressanta var att i de flesta fall, det innebar att människor underskattar det som de värderar mest, vilket är materialens rörlighet, ", tillägger Micolich. "Deras material är bättre än de tror att de är, de kan bara inte se det eftersom deras upplägg inte är idealiskt."

Problemet med 2-D

Halleffekten hänvisar till spänningen som uppstår när ett magnetiskt fält appliceras på ett material med en ström som går genom det, där alla tre är vinkelräta mot varandra. Denna Hall-spänning ger en utmärkt indikation på tätheten av elektroner i ett material, som tillsammans med rörligheten, ge materialets totala ledningsförmåga.

För Micolich, material med besvärliga morfologier för Hall-mätningar är ett gammalt problem. Gruppens arbete utgick från tidigare arbete med III-V nanotrådar, där problemet var att fästa elektroderna för att mäta Hall-spänningen till en så smal enhet utan att komma i kontakt med varandra och sedan mäta den lilla spänningen som uppstår över så små avstånd. För nanotrådar, svårigheten att faktiskt få någon mätning innebär att forskare har tillgripit alla möjliga möjliga ofta otillfredsställande lösningar för att mäta de elektroniska egenskaperna. Dock, Lars Samuelsons grupp i Lund och Thomas Schapers grupp i Julich demonstrerade de första experimenten för att uppnå den nanoskaliga fingerfärdighet och känslighet som behövs för Hall-mätningar av nanotrådar.

För ungefär ett år sedan, Philippe Caroff och kollegor vid Australian National University fann att de kunde justera mallen för att odla uppsättningar av InAs som inte var i form av nanotrådar, men med bredden utsträckt till 2-D "nanofiner." Här, Hallmätningar borde ha varit lite mer okomplicerade eftersom Hall-spänningen genererades över ett större avstånd, leder till större värden som borde vara lättare att mäta. Dock, även om det är möjligt att ta Hall-mätningar med 2-D-material, den ideala geometrin är en rektangel längre än den är bred med ett par punktkontakter som bara rör sidorna av 2D-materialet. I experiment, dessa punktkontakter har en ändlig bredd som kan vara ganska stor när det gäller enhetens längd. Dessutom, en del av elektroden slutar oundvikligen att överlappa toppen av 2D-materialet eftersom de är så tunna. "Den lilla biten metall på toppen betyder faktiskt ganska mycket, säger Micolich.

En annan egenhet med att arbeta med 2D-material är problemen med att reproducera identiska morfologier, vilket gör systematiska jämförelser av geometrins effekt särskilt svåra. Här, Micolich och hans team hade fördelen av att arbeta på nanofiner som odlades i omgångar av miljoner nästan identiska fenor åt gången. För att ytterligare minska effekterna av enhetsvariationer på resultaten, de använde så få fenor som möjligt och fäste flera uppsättningar elektroder med olika avstånd, former och överlappningar för att jämföra lika för lika så mycket som möjligt.

Rättelser till hands

Arbetet belyser inte bara att dessa material kan prestera bättre än man tidigare trott, men de tillhandahåller tabeller över måtten så att folk kan komma på hur de ska korrigera för bristerna i sina egna enheter. De angivna korrigeringarna förväntas vara tillämpliga på alla material oavsett deras specifika egenskaper eftersom endast enhetens geometri påverkar mätningarna.

Micolich antyder att det förmodligen har funnits många grupper genom åren som har insett att deras enheter inte passar den idealiska geometrin för Hall-mätningar, och kan ha blivit besviken över att inte hitta något i litteraturen som pekar på hur man korrigerar för effekten.

"Väl, säger Micolich, "nu finns det."

© 2020 Science X Network