Электронные поверхностные состояния в полупроводниках и полуметаллах

Монография посвящена теоретическому обобщению работ, посвященных анализу свойств электронов, заселяющих собственные поверхностные или краевые состояния в полупроводниках и полуметаллах. Поверхностные состояния предсказаны в 30-х годах ХХ века в работах И.Е. Тамма и У. Шокли, но приобрели "второе дыхание" совсем недавно в связи с началом идущей в настоящее время так называемой "топологической революции" - развитием новой, топологической, классификации в физике конденсированного состояния и открытием принципиально новых ("топологических") материалов. Среди них: графен и другие двумерные кристаллы, топологические изоляторы (трехмерные и двумерные), полуметаллы Дирака и Вейля, полупроводниковые дихалькогениды переходных металлов и др. Даже некоторые из традиционных кристаллов, например, висмут, оказались в этом ряду. Поверхностные состояния в таких материалах имеют особые причины для существования и необычные свойства. "Топологические" поверхностные состояния защищены (в отличие от состояний Тамма-Шокли) топологическими аргументами, основанными на специальных свойствах объемной зонной структуры, симметрии по отношению к обращению времени (иногда еще и кристаллической симметрии) и поэтому устойчивы к возмущениям поверхности (вкл. дефекты и загрязнения). В мировой литературе уже издано несколько книг и монографических обзоров на эту тему. Настоящая книга является, видимо, первой отечественной монографией в этой области. Квантовая динамика фермионов в таких материалах управляется знаменитыми уравнениями (иногда модифицированными) Дирака или Вейля для эффективных волновых функций. Они описывают не истинные волновые функции, а их огибающие для, соответственно, дираковских и вейлевских фермионов. Особое внимание уделено выводу (микроскопическому или, как правило, феноменологическому) граничных условий для огибающих функций. Развитый подход основан на оригинальных исследованиях. Он направлен на то, чтобы сравнительно просто найти (желательно аналитически) спектр поверхностных состояний, как топологического, так и нетопологического типа, раскрыть связь между ними, а также описать их проявления на эксперименте.