Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Hiệu ứng kích thước lượng tử và dao động Shubnikov de Haas trong từ trường ngang ở các dây dẫn bán dẫn Bi1 – xSbx
Tóm tắt
Các tính chất vận chuyển, điện trở từ tính, và các dao động Shubnikov–de Haas (ShH) của các dây đơn tinh thể Bi0.92Sb0.08 được bọc thủy tinh với đường kính từ 180 nm đến 2.2 μm và có phương hướng (10$$\underline 1$$1) dọc theo trục dây, được chế tạo bằng phương pháp đúc pha lỏng, đã được nghiên cứu. Lần đầu tiên, phát hiện ra rằng khoảng cách năng lượng ΔE tăng gấp bốn lần khi đường kính dây d giảm xuống do sự biểu hiện của hiệu ứng kích thước lượng tử. Sự gia tăng đáng kể này trong khoảng cách năng lượng có thể xảy ra trong điều kiện có mối quan hệ phân tán năng lượng–động lượng tuyến tính, điều đặc trưng cho cả trạng thái không có khoảng cách và các trạng thái bề mặt của một chất cách điện hình thái. Đã chỉ ra rằng, trong một trường từ mạnh ở nhiệt độ thấp, xảy ra quá trình chuyển tiếp từ bán dẫn sang bán kim loại; điều này thể hiện rõ qua các phụ thuộc nhiệt độ của điện trở trong một trường từ. Phân tích các dao động ShH, cụ thể là sự lệch pha của các cấp Landau và các đặc điểm của phụ thuộc góc của các khoảng thời gian dao động, cho thấy rằng sự kết hợp giữa việc thể hiện các tính chất của chất cách điện hình thái và hiệu ứng kích thước lượng tử dẫn đến sự xuất hiện của các hiệu ứng mới trong các cấu trúc chiều thấp, điều này đòi hỏi các phương pháp khoa học mới và ứng dụng trong vi điện tử.
Từ khóa
#Hiệu ứng kích thước lượng tử #dao động Shubnikov–de Haas #chất bán dẫn #dây đơn tinh thể #và vi điện tử.Tài liệu tham khảo
Lerner, L.S., Cuff, F., and Williams, L.N., Energy-band parameters and relative motions in the Bi–Sb alloy system near the semimetal–semiconductor transition, Rev. Mod. Phys., 1968, vol. 40, no. 4, p. 770.
Golin, S., Band model for bismuth–antimony alloy, Phys. Rev., 1968, vol. 176, no. 3, p. 830.
Brandt, N.B., Semenov, M.V., and Falkovsky, L.A., Experiment and theory on the magnetic susceptibility of Bi–Sb alloys, J. Low Temp. Phys., 1977, vol. 27, p. 75.
Mironova, G.A., Sudakova, M.V., and Ponomarev, Ya.G., Investigation of the band structure of Bi1 – xSbx semiconductor alloys, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 1980, vol. 76, no. 5, p. 1832.
Tang, S. and Dresselhaus, M.S., Electronic phases, band gaps, and band overlaps of bismuth antimony nanowires, Phys. Rev. B., 2014, vol. 89, no. 4, p. 045424. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.045424
Cornett, J.E. and Oded, R., Thermoelectric figure of merit calculations for semiconducting nanowires, Appl. Phys. Lett., 2011, vol. 98, no. 18, p. 182104. https://doi.org/10.1063/1.3585659
Fu, L. and Kane, C., Topological insulators with inversion symmetry, Phys. Rev. B., 2007, vol. 76, no. 4, p. 045302. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.045302
Qi, X.L., Zang, L.R., and Zhang, S.C., Inducing a magnetic monopole with topological surface states, Science, 2009, vol. 323, no. 5918, p. 1184. https://doi.org/10.1126/science.1167747
Moore, J.E., The birth of topological insulators, Nature, 2010, vol. 464, no. 7286, p. 194.
Hsieh, D., Xia, Y., Quian, D., Wray, L., et al., A tunable topological insulator in the spin helical Dirac transport regime, Nature, 2009, vol. 460, no. 7257, p. 1101. https://doi.org/10.1038/nature08234
Tang, S. and Dresselhaus, M.S., Constructing anisotropic Single-Dirac-Cones in Bi1 – xSbx thin films, Nano Lett., 2012, vol. 12, no. 4, p. 2021.
Brandt, N.B., Gitsu, D.V., Nikolaeva, A.A., and Ponomarev, Ya.G., Investigation of size effects in thin cylindrical bismuth single crystals in a magnetic field, J. Exp. Theor. Phys., 1977, vol. 45, no. 6, p. 1226.
Nikolaeva, A., Huber, T.E., Gitsu, D., and Konopko, L., Diameter-dependent thermopower of bismuth nanowires, Phys. Rev. B, 2008, vol. 77, no. 3, p. 035422. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.035422
Konopko, L.A., Nikolaeva, A.A., Huber, T.E., and Ansermet, J.-P., Surface states transport in topological insulator Bi0.83Sb0.17 nanowires, J. Low Temp. Phys., 2016, vol. 185, no. 5, p. 673.
Konopko, L., Nikolaeva, A., Huber, T.E., and Rogacki, K., Quantum oscillations in nanowires of topological insulator Bi0.83Sb0.17, Appl. Surf. Sci., 2020, vol. 526, p. 146750. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146750
Nikolaeva, A.A., Konopko, L.A., Huber, T.E., Ansermet, J.-Ph., et al., Thermoelectric phenomena in Bi1 – xSbx nanowires in semimetal and gapless region, J. Nanoelectron. Optoelectron, 2012, vol. 7, no. 7, p. 671.
Taskin, A.A., Segawa, K., and Ando, Y., Oscillatory angular dependence of the magnetoresistance in a topological insulator oscillations in a topological insulator Bi1 – xSbx , Phys. Rev. B, 2010, vol. 82, no. 12, p. 121302. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.121302
Red’ko, N.A., Kagan, I.D., and Volkov, N.P., Electronic topological transition in an n-BiSb semiconductor alloy in the quantum limit range of magnetic fields for H II C2, J. Exp. Theor. Phys., 2010, vol. 111, no. 2, p. 241.
Taskin, A.A. and Ando, Y., Quantum oscillations in a topological insulator Bi1 – xSbx , Phys. Rev. B., 2009, vol. 80, no. 8, p. 085303. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.085303
Qu, D.-X., Hor, Y.S., Xiong, J., Cava, R.J., et al., Quantum oscillations and Hall anomaly of surface states in the topological insulator Bi2Te3, Science, 2010, vol. 329, no. 5993, p. 821.
Shoenberg, D., Magnetic Oscillations in Metals, Ser. Monographs on Physics, Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2009.