Диссертация (1150509), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Количество ядер, соответствующихпозиции Se1, в два раза превышает количество ядер в позиции Se2,соответственно, отношение интегральных интенсивностей двух компонентспектра ЯМР должно удовлетворять условию 2:1. Исходя из этогопредположения, авторами работы [52] наличие двух узких линий при комнатнойтемпературе для такой же ориентации монокристалла Bi2Se3 было объясненоследующим образом: более интенсивная компонента, находящаяся ввысокочастотной области, относилась к Se1, а менее интенсивная линия внизкочастотной области — к Se2. Это предположение согласовалось спорошковым спектром селенида висмута. В более ранней работе [50] полученныйспектр ЯМР 77Se для порошка Bi2Se3 не отождествлялся с двумя позициямиселена.
Стоит отметить, что полученный нами спектр ЯМР 77Se для даннойориентации при всех рассматриваемых температурах от комнатной до 32.5 K, вцелом, согласуется с данным предположением, что видно из суммарных спектровна рисунке 8.1. Таким образом, более интенсивную линию, имеющую центр около400 ppm, можно отнести к атомам в позиции Se1, тогда как менее интенсивнуюкомпоненту можно отнести к атомам в позиции Se2. Однако при температуре15.8 K ситуация меняется. Спектр при самой низкой температуре значительноотличается своей формой от остальных, наблюдаемых при более высокихтемпературах для Bi2Se3 в ориентации с || B0.
При 15.8 K спектр ЯМР 77Se состоитиз достаточно узкой линии в высокочастотной области и широкой и чуть менееинтенсивной компоненты в области более низких частот. Такое значительное96изменение в форме спектра ЯМР может свидетельствовать об изменениях,происходящих в электронной системе при данной температуре.8.2.2.
Монокристалл Bi2Se3 в ориентацииc ⊥ B⃗0Рассмотрим спектры ЯМР 77Se для монокристалла Bi2Se3, помещенного вовнешнее магнитное поле B0 таким образом, что кристаллографическая ось c быланаправлена перпендикулярно магнитному полю B0 (рис. 8.2). Мы видим, чтоспектр ЯМР 77Se состоял из интенсивной линии в высокочастотной области сположением 180±30 ppm, а также имелась чуть более ярко выраженная, чем дляпредыдущей ориентации, широкая линия в низкочастотной области. Прикомнатной температуре отношение сигнал/шум оказалось малым, поэтомуположение компоненты спектра ЯМР 77Se в низкочастотном диапазонеопределялось довольно грубо.
Оценка дала для этой линии положение порядка-440 ppm. В работе [52] авторы также наблюдали при комнатной температуредвухкомпонентный спектр ЯМР 77Se для монокристалла Bi2Se3 в ориентациис ⊥ B0, с положениями линий 144±7 ppm и -605±12 ppm, что, в целом, согласуетсяс тем, что получили мы для линии в высокочастотном диапазоне. Что касаетсялинии в области низких частот, то тут есть расхождение.
Но, как отмечалосьвыше, положение низкочастотной линии определено с большой погрешностью,поскольку линию достаточно сложно выделить на фоне шумов. Отношениесигнал/шум для данной ориентации оставалось достаточно малым притемпературах вплоть до 86 K и сильно увеличивалось при дальнейшемуменьшении температуры.
Так, при комнате оно было около 2.1, тогда как при33.2 K уже достигло 16, а при 11.4 K увеличилось до 19.8. При самой низкойтемпературе стало явно видно линию в низкочастотной области, и уже можнобыло более точно определять ее положение. Анализируя спектр в ориентациис ⊥ B0, авторы [52] также соотносят более интенсивную линию в высокочастотной97области с Se1, а менее интенсивную линию в низкочастотной области — с Se2.Полученный нами спектр ЯМР 77Se для данной ориентации при всехрассматриваемых температурах, в целом, согласуется с этой идеей, что видно изсуммарных спектров на рисунке 8.2.
Таким образом, более интенсивную линию,имеющую центр около 200 ppm, можно отнести атомам в позиции Se1, тогда какменее интенсивную компоненту — к атомам в позиции Se2.Для образца в данной ориентации мы снова наблюдаем очень слабоеизменение положения спектра ЯМР 77Se при понижении температуры откомнатной до 11.4 K (рис. 8.4), и при этом обе компоненты фактически не меняютсвою ширину при понижении температуры.Следует предположить, что положения обеих компонент спектра ЯМР 77Seдля обеих ориентаций образца в магнитном поле определялись в большей степенисдвигом Найта, но также еще присутствовал небольшой вклад химическогосдвига. Химический сдвиг имеет слабую температурную зависимость.
СдвигНайта в полупроводниках определяется температурным изменением плотностиносителей заряда n по закону (4.2), как было описано в параграфе 4.3. Когдаплотность носителей заряда обладает термоактивационной природой, модульсдвига Найта возрастает по экспоненциальному закону с повышениемтемпературы. Исходя из этих соображений, мы разделили вклады химическогосдвига и сдвига Найта в положения обеих компонент спектра ЯМР 125Te впараграфах 4.3 и 6.2 для теллурида висмута. Однако для монокристалла Bi2Se3,рассматриваемого в данной работе, мы наблюдали очень слабое изменениеположения компонент спектра ЯМР для обеих ориентаций образца в магнитномполе, что говорит о том, что основную роль в проводимости играют носителизаряда другой природы, нежели это было для Bi2Te3.
Это может быть связано сдефектами кристалла селенида висмута, возникшими в процессе роста, что такжеподтверждается информацией о росте кристалла и его несовершенстве посравнению с Bi2Te3. Таким образом, слабую зависимость сдвига компонент98Рис. 8.4. Температурная зависимость максимумов линий ЯМР 77Se длямонокристалла Bi2Se3 в о р и е н т а ц и и с ⊥ B0. Погре шность для все хэкспериментальных точек была одинакова.99спектра ЯМР 77Se для Bi2Se3 можно объяснить слабым изменением концентрацииносителей заряда.По полученным данным для обеих ориентаций монокристалла селенидависмута можно провести оценки таких параметров спектра порошка как полныйизотропный сдвиг δiso и анизотропия тензора сдвига δ в обозначениях Хаберлена[91] для обеих компонент спектра ЯМР. Опираясь на результаты, полученные впараграфе 3.3 для порошка Bi2Te3, введем предположение, что и в случае порошкаBi2Se3 фактор асимметрии η будет близок к нулю.
Тогда, с учетом выражения(1.4), получаем равенство следующих компонент тензора сдвига: δxx ≈ δyy. Врамках данного предположения выражение (1.3) для изотропного сдвига сводитсяк1δ iso = (2 δ xx + δ zz ).3(8.1)При оценке параметров спектра порошка будем учитывать данные длямонокристалла Bi2Se3 при комнатной температуре. Сдвиг более интенсивнойлинии в ориентации c ⊥ B0, соответствующей Se1, определяется компонентой δxxтензора сдвига, которая равна 180 ppm, а в ориентации c || B0 — компонентной δzz,равной 370 ppm. Тогда для линии, соответствующей Se1 в спектре порошка Bi2Se3,получаем изотропный сдвиг δiso = 240 ppm и анизотропию тензора сдвигаδ = 130 ppm.
Полученное значение анизотропии оказалось сравнимым повеличине с оцененным в параграфе 3.3 значением анизотропии для линии,соответствующей Te1 в спектре порошка Bi2Te3. Сдвиг менее интенсивной линии,соответствующей Se2, для монокристалла в ориентации c ⊥ B0 определяетсякомпонентой δxx тензора сдвига, равной -440 ppm, а в ориентации c || B0 —к о м п о н е н т о й δzz = - 8 0 p p m . Т о г д а д л я м е н е е и н т е н с и в н о й л и н и и ,соответствующей Se2, в спектре порошка Bi2Se3 получаем изотропный сдвигδiso = - 320 ppm и анизотропию тензора сдвига δ = 240 ppm.Используя найденные значения, можно построить модель спектра порошка,100которая представлена на рисунке 8.5. Обратимся к литературным данным.Авторами работы [50] был продемонстрирован спектр ЯМР 77Se для порошкаBi2Se3 (рис.
1.6, а), его форма очень похожа на результат моделирования спектраЯ М Р 77Se для порошка Bi2Se3 на рисунке 8.5 по нашим данным длямонокристалла. Спектр ЯМР, представленный на рисунке 1.6 (a), состоял из двухкомпонент с положениями близкими к положениям линий спектра на рисунке 8.5,однако, наблюдаемое «плечо» в низкочастотной области было менее выражено посравнению с предложенной в настоящей диссертации моделью. Авторы [50]провели моделирование полученного ими спектра исходя из предположения, чтоспектр ЯМР 77Se — однокомпонентный. В результате симуляции были полученыследующие значения изотропного сдвига и анизотропии тензора сдвига:δiso = 38.8 ppm и δ = - 505 ppm, что сильно отличается от найденных намизначений. В работе [52] авторы приводят результаты моделирования спектра ЯМР77Se для порошка Bi2Se3 (рис.
1.8, b) на основе данных, полученных длямонокристалла, однако параметры моделирования авторами этой работы недемонстрируются. Форма спектра ЯМР 77Se для порошка Bi2Se3 отличается оттого, что было получено нами в результате моделирования (рис. 8.5), однако, поспектру на рисунке 1.8 (b) представляется возможным оценить, по крайней мере,изотропный сдвиг для обеих компонент спектра ЯМР 77Se. Видно, что значенияизотропных сдвигов вполне согласуются с нашими расчетами. Кроме того, видспектра ЯМР 77Se, представленного на рисунке 1.8 (b), для порошка Bi2Se3позволяет сделать вывод, что для обеих компонент полученного в работе [52]спектра анизотропия тензора сдвига была гораздо больше, чем сделанные намиоценки.101Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
