Необычная пульсация, годами мешавшая разбирать сигналы квантовых нанопроводов, оказалась следом сразу двух электронных маршрутов. Учёные из Корейского института стандартов и науки, Института науки и технологий Кванджу и Национального университета Конджу объяснили природу таких биений.
Команда изучала нанопровода из селенида висмута Bi₂Se₃, легированного сурьмой. Материал относится к топологическим изоляторам, которые почти не проводят ток внутри, но поддерживают движение электронов по поверхности. В магнитном поле электронные волны огибают нанопровод разными путями и интерферируют, из-за чего проводимость периодически меняется.
Такие изменения называют осцилляциями Ааронова — Бома и часто считают признаком топологических поверхностных состояний. Однако легирование может сформировать под поверхностью ещё один проводящий слой, известный как двумерный электронный газ . До сих пор оставалось неясно, участвуют ли обычные электроны из данного слоя в наблюдаемой интерференции.
Подсказку дала проверка термоэлектрических свойств нанопроводов. Вместо одной устойчивой последовательности колебаний приборы зафиксировали биения, при которых амплитуда сигнала периодически усиливалась и ослабевала. Повторный анализ прежних измерений проводимости показал, что похожая картина присутствовала в данных и раньше, но её происхождение не удавалось установить.
Результаты связали биения с наложением колебаний от поверхностного состояния и двумерного электронного газа. Электроны в двух каналах огибают немного разные площади поперечного сечения нанопровода, поэтому создают близкие, но не совпадающие периоды. Их наложение и формирует пульсирующую огибающую сигнала.
Машинное обучение помогло разделить близкие частоты, которые плохо различал обычный анализ. При изменении напряжения на затворе форма биений менялась, однако частоты двух компонентов сохранялись. Теоретические расчёты воспроизвели наблюдения, а отдельный нанопровод подтвердил результат. Работа показывает, что топологические устройства требуют точного контроля легирования и затвора, иначе обычные состояния могут исказить квантовый сигнал.