Особенности продольного магнитосопротивления и осцилляции Шубникова-де Гааза в полупроводниковых нитях Bi_1-xSb_x

Аннотация

УДК 537.9, 53.06, 53.043

DOI  https://doi.org/10.5281/zenodo.4305606

Исследовались особенности проявления свойств топологических изоляторов (ТИ) и квантовых размерных эффектов на продольном магнитосопротивлении (ПМС) (H||I) монокристаллических полупроводниковых нитей Bi-17ат%Sb с ориентацией  вдоль оси, полученных литьем из жидкой фазы по методу Улитовкого, с диаметрами от 75 нм до 1000 нм. В области высоких температур (T > 50 К) квантовый размерный эффект проявляется в росте энергетической щели DE ~ d^-1 полупроводниковых нитей Bi-17ат%Sb с уменьшением диаметра нитей d. При уменьшении температур (T < 50 K) наблюдался переход от полупроводниковой зависимости R(T) к металлической с уменьшением диаметра нитей d, указывающий на наличие поверхностных состояний, присущих ТИ. В области диаметров 200–350 нм на продольном магнитосопротивлении H||I в слабых магнитных полях (H < 3 T) наблюдались осцилляции Шубникова де Гааза (ШдГ), из которых были рассчитаны температура Дингла, циклотронная масса, длина свободного пробега носителей и подвижность носителей заряда m = 11´10³ см²/сек. На ПМС нитей Bi-17ат%Sb при 4,2 К обнаружена особенность в виде сдвига фазы уровней Ландау ШдГ осцилляций и аномального максимума на толщинной зависимости ПМС при 4,2 К, связанные с переходом полупроводник – металл за счет существенного вклада в проводимость поверхностных состояний ТИ. В совокупности особенности на продольном магнитосопротивлении, сдвиг фазы ШдГ осцилляций, большие подвижности носителей заряда, высокая анизотропия циклотронных масс и подвижностей, возрастание проводимости с уменьшением диаметра нитей d, указывают на наличие поверхностных состояний в тонких полупроводниковых нитях Bi_1-xSb_x, с энергией Ферми типа «конуса Дирака», высокочувствительных к диаметру, температуре, величине и направлению магнитного поля и приводящих к новым особенностям транспортных свойств топологических изоляторов в размерно-ограниченных структурах.

Ключевые слова: монокристаллические нанонити, топологический изолятор, квантовые осцилляции, продольное магнитосопротивление, поверхностные состояния, квантовый размерный эффект.