Автореферат (1150507), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Степень достоверностирезультатов проведенных исследований определяется корректностью постановкизадач работы, использованием новейшего ЯМР-оборудования для достиженияпоставленных целей и воспроизводимостью полученных экспериментальныхрезультатов.Основные результаты настоящей диссертации были представлены на шестинаучных конференциях и школах: XIX Всероссийская молодежная конференцияпо физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике(Санкт-Петербург, Россия, 2017), The 10th Alpine Conference on Solid-State NMR(Chamonix Mont-Blanc, France, 2017), 3d PhD Student Conference “New Frontiers inPhysics” (St.
Petersburg, Russia, 2017), 13th International Youth School-Conference“Magnetic resonance and its applications” (St. Petersburg, Russia, 2016), Ampere NMRSchool 2016 (Zakopane, Poland, 2016), Международная молодежная конференцияФизикА.СПб (Санкт-Петербург, Россия, 2015) и опубликованы в трех научныхстатьях в журнале, рекомендованном ВАК РФ для опубликования результатовкандидатских и докторских диссертаций и входящем в базы данных РИНЦ, Webof Science и Scopus, и шести тезисах докладов конференций.Личный вклад автора заключается в непосредственном проведенииизмерений спектров ЯМР125Te и 77Se и времен спин-решеточной релаксации впорошке Bi2Te3 и монокристаллах Bi2Te3 и Bi2Se3 в широком диапазонетемператур, а также в самостоятельной обработке и анализе полученных данных,расчетах энергии активации и параметров спектров ЯМР и моделированииспектров, участии в обсуждениях результатов, в подготовке докладов ипубликаций по тематике диссертации.Структура и объем диссертационной работы.
Диссертационная работасостоит из введения, 8 глав, основных результатов диссертации, спискапубликаций автора по теме диссертации и списка цитируемой литературы из 105наименований. Работа изложена на 119 страницах и содержит 36 рисунков и 3таблицы.9 9Содержание диссертацииВглаве 1 приводится краткий обзор основных теоретическихпредставлений о свойствах исследуемых материалов, необходимых длядальнейшего анализа экспериментальных данных, полученных в рамкахдиссертационной работы.Глава 2 посвящена описанию процесса выращивания исследуемых внастоящей работе монокристаллов ТИ Bi2Te3 и Bi2Se3 методом БриджменаСтокбаргера. Кроме того, в этой главе обсуждается их кристаллическая структура,описываются детали эксперимента и методики, применяемые в настоящей работе.В главе 3 приводятся результаты исследования формы спектральных линийЯ М Р 125Te для кристаллического порошка ТИ Bi2Te3 высокой чистоты прикомнатной температуре в поле 9.4 T.
Впервые был продемонстрировандвухкомпонентный спектр ЯМР 125Te для порошка Bi2Te3. Две линии в спектребыли соотнесены с двумя кристаллографически неэквивалентными позициямителлура Te1 и Te2 с учетом числа атомов в этих позициях. Был проведен анализвида спектра и предложено два подхода к его моделированию, один из которых(рис. 1) был позднее подтвержден измерениями на монокристаллах теллуридависмута.Рис.1. Огибающая сигналов эха 125Teдля порошка Bi2Te3 при комнатнойтемпературе и разложение спектра ЯМРна компоненты.Глава 4 посвящена исследованиям порошка ТИ Bi2Te3 в диапазонетемператур от 16 до 293 K в поле 9.4 T.
Демонстрируется сильная зависимостьсдвигов обеих компонент спектра ЯМР 125Te от температуры (рис. 2). Был выявлен1010термоактивационный характер носителей заряда и рассчитана энергия активациидля обеих компонент спектра ЯМР 125Te. Ее значение оказалось одинаковым впределах экспериментальной погрешности для обеих компонент спектра иравным 28±6 meV, что составляет примерно одну треть ширины запрещеннойзоны Bi2Te3. Последнее свидетельствует о сдвиге уровня Ферми к зонепроводимости в исследуемом образце теллурида висмута.Рис.2.
Зависимость максимумов линийЯ М Р 125Te для порошка Bi2Te3 о ттемпературы. Погрешность показаната м , г де он а пр ев ыш ае т р аз м ерэкспериментальной точки.В главе 5 приводятся результаты ЯМР-измерений монокристаллическихпластин Bi2Te3 при комнатной температуре в поле 9.4 Т. Образцы исследовались вдвух ориентациях: когда кристаллографическая ось c была направленаперпендикулярно и параллельно внешнему магнитному полю B0. Впервыепоказано, что спектр ЯМР 125Te для монокристаллического Bi2Te3 состоит из двухкомпонент (рис.
3), которые были соотнесены с позициями атомов Te1 и Te2. Дляизучаемых ориентаций пластин наблюдаются сильные различия в положенияхэтих компонент. В рамках двух способов моделирования спектров, предложенныхв главе 3 для разложения спектра порошка Bi 2Te3, были рассчитаны параметрытензора сдвига для монокристаллических пластин теллурида висмута и показано,что наличие компоненты меньшей интенсивности в случае ориентации образцаc || B0 может быть объяснено только в рамках одного из способов разложенияспектра порошка на две компоненты (рис.
1).1111Рис.3. Огибающая сигналов эха 125Te для монокристаллического Bi2Te3 в двухориентациях при комнатной температуре.Глава 6 посвящена ЯМР-измерениям монокристаллических пластин Bi2Te3в двух ориентациях (c ⊥ B0 и c || B0) в температурном диапазоне от 12.5 до 293 K вполе 9.4 Т. Продемонстрирована сильная зависимость сдвигов обеих линийспектра ЯМР 125Te от температуры. Для образца в ориентации c ⊥ B0 была оцененаэнергия активации для обеих компонент спектра. В пределах экспериментальнойпогрешности ее значение совпало с найденным в главе 4 значением энергииактивации для порошка Bi2Te3.
Были обнаружены особенности в поведенииспектров ЯМР с уменьшением температуры при ориентациимонокристаллических пластин c || B0: при температурах ниже 91 K изменялосьсоотношение интенсивностей компонент спектра, что приводило кдоминированию компоненты, отвечающей позиции Te2.В главе 7 приведены результаты измерений времени спин-решеточнойрелаксации ядер 125Te в Bi2Te3 как для кристаллического порошка, так и длямонокристаллических пластин в обеих ориентациях.
Был выявленэкспоненциальный характер спин-решеточной релаксации при комнатнойтемпературе и обнаружено сильное различие скорости спиновой релаксации длядвух ориентаций монокристаллических пластин в магнитном поле. Временапродольной релаксации, найденные для обеих компонент спектра ЯМР 125Te,представлены в таблице 1. Также была оценена справедливость соотношенияКорринги для данных образцов. Показано, что соотношение Коррингивыполняется при температурах от комнатной вплоть до 130 K.1212ОбразецПорошок Bi2Te3МонокристаллBi2Te3, с ⊥ B0МонокристаллBi2Te3, c || B0T1, ms (Te1)140±2064±15130±20T1, ms (Te2)400±50230±30Таблица 1.
Времена спин-решеточной релаксации, T1,125Te, рассчитанные длявсех исследуемых образцов Bi2Te3 при комнатной температуре для линий,относящихся к Te1 и Te2.Глава 8 посвящена ЯМР-измерениям монокристалла Bi 2Se3 в двухориентациях (c ⊥ B0 и c || B0) в температурном диапазоне от 11.4 до 293 K в поле9.4 Т. Были продемонстрированы двухкомпонентные спектры ЯМР 77Se для обеихориентаций монокристалла в магнитном поле. Полученные линии былисоотнесены с двумя кристаллографически неэквивалентными позициями селенаSe1 и Se2. Для данного образца сдвиг Найта практически не зависел оттемпературы, что связано с несовершенством исследуемого кристалла Bi 2Se3.Плотность носителей заряда не подчинялась термоактивационному закону.
Былообнаружено аномальное изменение формы спектра ЯМР 77Se при температуре15.8 K для образца в ориентации c || B0. В отличие от спектра при другойориентации, спектр при c || B0 состоял из достаточно узкой линии ввысокочастотной области и широкой и несколько менее интенсивной компонентыв области более низких частот. По данным для монокристалла были рассчитаныпараметры спектра ЯМР 77Se для порошка селенида висмута.
По рассчитаннымпараметрам произведено моделирование спектра порошка (рис. 4).Рис.4. Модель спектра ЯМР 77Se дляпорошка Bi2Se3.1313В конце диссертации приведены основные результаты работы и списокпубликаций автора по теме диссертации, а также список цитируемой литературы.К основным результатам исследований ТИ Bi2Te3 и Bi2Se3 методом ЯМР,полученным в рамках настоящей работы, можно отнести следующие:1. Были подобраны оптимальные методики получения спектров ЯМР 125Te вBi2Te3 и 77Se в Bi2Se3 при условии слабых сигналов и широких резонансныхлиний, а именно: построение суммарного спектра сигналов спинового эха,полученных на разных отстройках от резонансной частоты, (VOCS) ипостроение огибающих сигналов спинового эха.2.
Было продемонстрировано, что для всех исследованных образцов спектрЯМР при комнатной температуре состоял из двух линий. Эти линии былисопоставлены двум кристаллографически неэквивалентным позициямтеллура (Te1 и Te2) и селена (Se1 и Se2) в кристаллических структурахBi2Te3 и Bi2Se3 соответственно. Такой двухкомпонентный спектр длятеллурида висмута наблюдался впервые. Были определены значениякомпонент тензора сдвига линий ЯМР для порошка Bi2Te3. Подобныеоценки проведены также для Bi2Se3 на основе данных, полученных длямонокристалла, что позволило построить модель спектра ЯМР 77Se дляпорошка Bi2Se3.3. Было выявлено различие температурного поведения компонент спектраЯМР в теллуриде и селениде висмута, несмотря на одинаковую структуруэтих халькогенидов висмута. Для порошка и монокристаллического Bi 2Te3 вориентации c ⊥ B0 наблюдалось монотонное смещение спектров ЯМР всторону низких частот с понижением температуры, при этом обекомпоненты спектров сдвигались идентично в соответствии стермоактивационным характером носителей заряда, что позволило оценитьих энергию активации.
В обоих случаях значение энергии активациисовпало с точностью до экспериментальной погрешности. Рассчитанноезначение энергии активации указывает на смещение уровня Ферми к зоне1414проводимости, что согласуется с проводимостью Холла n-типа висследованных образцах Bi2Te3. Для монокристалла ТИ Bi2Se3 в ориентациис ⊥ B0 спектр ЯМР 77Se слабо смещался с понижением температуры, приэтом для данной ориентации не наблюдалось изменения ширины спектраЯ М Р 77Se с температурой. Отсутствие значительной температурнойэволюции спектров ЯМР показывает, что плотность носителей заряда неподчиняется термоактивационному закону, что объясняется значительнымколичеством дефектов, возникших в процессе роста исследуемого кристаллаBi2Se3.4.
Был обнаружен аномальный вид спектров ЯМР 125Te в Bi2Te3 и 77Se в Bi2Se3при низкой температуре для монокристаллов в ориентации, когдакристаллографическая ось c была направлена параллельно внешнемумагнитному полю. Полученные спектры не допускают объяснения в рамкахпредставлений о топологически тривиальных полупроводниковыхкристаллах, не имеющих структурного фазового перехода. Спектры ЯМРзначительно уширялись при понижении температуры в случае обоихрассматриваемых образцов.5. Были определены времена спин-решеточной релаксации в порошке имонокристалле Bi2Te3 в обеих ориентациях при комнатной температуре длядвух компонент спектра ЯМР 125Te, за исключением линии, относящейся кTe2, для монокристалла в ориентации c || B0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
