Termodynamické a transportní vlastnosti materiálů na bázi Bi2Se3

Abstract

Single crystals of Bi2Se3 doped with Mn (cMn=0 - 3,0.1019 atoms/cm3) atoms were grown using a modified Bridgman method. Prepared samples were characterized by X-ray diffraction analysis, reflectivity measurement in the plasma resonance frequency region, temperature and magnetic field dependences of the transport coefficients (electrical conductivity, Hall constant), by magnetization measurements (measurement of magnetization curves and temperature dependence of molar magnetic susceptibility) and by measurements of specific heat. The measuremens of above mentioned quantities revealed that the incorporation of Mn atoms to crystal structure leads to increase the free electrons concentration as well as mobility of free electrons. Valence of manganese atoms is according to the magnetic measurements Mn2+. These effects are explained on the point defect model, which is based on idea that the Mn impurity creates substitutional defects Mn'Bi and decreases concentration of antistructure defects Bi 'Se at the same time.

Modifikovanou Bridgmanovou metodou byly připraveny monokrystaly Bi2Se3 s příměsí atomů manganu (obsah manganu cMn= 0-3,0.1019 atomů/cm3). Vzorky těchto krystalů byly charakterizovány rentgenodifrakční analýzou (XRD), měřením reflektivity v oblasti rezonanční frekvence plazmatu, stanovením teplotních a polních závislostí Hallovy konstanty a elektrické vodivosti, měřením teplotní a polní závislosti magnetického momentu a měřením teplotních závislostí měrných tepel. Změny studovaných veličin ukázaly, že příměs atomů manganu v krystalové struktuře vyvolává zvýšení koncentrace volných elektronů a také dochází ke zvýšení pohyblivosti volných elektronů. Z magnetických měření vyplývá valence manganu Mn2+. Tyto efekty jsou vysvětleny představami o bodových poruchách v krystalové struktuře studovaných krystalů. Je předpokládáno, že příměs Mn vytváří substituční poruchy typu Mn' Bi a zároveň snižuje koncentraci antistrukturních defektů Bi 'Se .