НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТРАНСПОРТ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ ТЕЛЛУРИДОВ ВИСМУТА-СУРЬМЫ С МЫШЬЯКОМ, МЕДЬЮ И ОЛОВОМ Текст научной статьи по специальности «Физика»

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ТРАНСПОРТ В ТВЕРДЫХ РАСТВОРАХ ТЕЛЛУРИДОВ ВИСМУТА-СУРЬМЫ С МЫШЬЯКОМ, МЕДЬЮ И ОЛОВОМ

Кульбачинский В.А1., Апрелева А.С. 1, Кытин В.Г. 1, Кошелев А.В.2

1 Кафедра физики низких температур и сверхпроводимости, Физический факультет, МГУ имени М.В. Ломоносова,119991, Москва, Россия,

kulb@mig.phys. msu. ru 2Институт экспериментальной минералогии РАН, 142432, Черноголовка, Россия

Полупроводники Bi2Te3, Sb2Te3, Bi2Se3 являются топологическими изоляторами [1]. As2Te3 под давлением также является топологическим изолятором [2]. As2Te3 существует в нескольких аллотропных модификациях: а, ß-As2Te3 и ß'. Метастабильный ß-As2Te3 изоструктурен слоистому Bi2Te3 и известен как хороший термоэлектрик около 400 K.

Нами исследованы температурные зависимости сопротивления, термоэдс и теплопроводность твердых растворов монокристаллов Bi2^AsxTe3 (0<x<0.034), Sb2--xCuxTe3 (0<x<0.1) и Sb2-KSnxTe3 (0<x<0.0075) в интервале температур 4,2<T<330 K и магнетосопротивление при 4,2 К. Элементный состав образца определялся с помощью метода рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) TESCAN Vega II XMU с энергодисперсионной системой микроанализа INCA Energy 450/XT (20 kV). Анализ состава образцов проводился на полированных эпоксидных шашках, в которых находились образцы. Во всех образцах Bi2-xAsxTe3 до х=0,028 при понижении температуры вначале наблюдается металлический ход сопротивления R(T), причем в интервале температур 150<Т<330К зависимость степенная с показателем степени m^2.0, который не изменяется при изменении концентрации мышьяка. При низких температурах Т<20 K сопротивление насыщается. Замещение Bi на As в монокристаллах Bi2-xAsxTe3 понижает исходную концентрацию дырок и электрическую проводимость, то есть мышьяк действует как донор. При максимальном содержании As х=0,034 исходная высокая концентрация дырок компенсируется и наблюдается возрастание R(T) с понижением температуры. Коэффициент Зеебека S положителен в Bi2-xAsxTe, что соответствует р-типу проводимости, и S существенно возрастает при замещении Bi на As. Теплопроводность при увеличении количества As при комнатной T незначительно возрастает, оставаясь, тем не менее, меньше 3 Вт/м^. Безразмерная термоэлектрическая эффективность ZT достигает величины 0.7, причем максимум ее смещается от комнатной Т к температуре Т^250К при увеличении содержания мышьяка в твердых растворах Bi2-xAsxTe3.

Для всех образцов Sb2-xCuxTe3 сопротивление R уменьшается с понижением температуры и насыщается при низких температурах. В интервале температур 100300 K зависимость R(T) подчиняется степенному закону с показателем степени m^1,2. Показатель степени практически не изменяется при легировании Cu до максимальных изученных концентраций. Для легирования оловом в монокристаллах Sb2-xSnxTe3 с увеличением содержания олова показатель степени уменьшается от m=1,2 до m = 0,6 при x = 0,0075.

Литература

1. Zhang H., Liu C.-X., Qi X.-L. et. al. // Nature Physics.- 2009.- V.5. P. - 438-442.

2. Lora da Silva E., A. Leonardo, Tao Yang, et.al. // Phys. Rev. B.- 2021.- V.104. P. - 024103.