Диссертация (1150509), страница 13
Текст из файла (страница 13)
8.5. Модель спектра ЯМР 77Se для порошка Bi2Se3, построенная исходяиз рассчитанных параметров по данным, полученным выше для монокристалласеленида висмута.1028.3. ЗаключениеБыли проведены первые ЯМР-измерения монокристалла топологическогоизолятора селенида висмута в двух ориентациях c || B0 и с ⊥ B0 на ядрах 77Se вшироком температурном диапазоне. Были продемонстрированыдвухкомпонентные спектры для обеих ориентаций монокристалла в магнитномполе.
Наиболее четко можно было видеть, что спектр ЯМР 77Se состоял изинтенсивной линии в высокочастотной области и менее интенсивной линии внизкочастотной области лишь при низких температурах, когда значительноувеличивалось отношение сигнал/шум. Было отмечено, что при температуре 15.8 Kдля образца в ориентации c || B0 изменилась форма спектра ЯМР: спектр состоялиз достаточно узкой линии в высокочастотной области и широкой и чуть менееинтенсивной компоненты в области более низких частот. Такое значительноеизменение в форме спектра ЯМР не может найти объяснения для топологическиобычных полупроводниковых кристаллов без предположения о наличииструктурного фазового перехода.
Однако в исследуемом кристалле структурныйпереход отсутствует. Таким образом, полученный аномальный спектр требуетотдельной теоретической интерпретации. Спектр ЯМР уширялся при понижениитемпературы лишь в случае ориентации c || B0, тогда как для ориентации c ⊥ B0ширина спектра фактически не изменилась. Для монокристалла Bi2Se3 мынаблюдали очень слабое изменение положения компонент спектра ЯМР 77Se дляобеих ориентаций образца в магнитном поле, что было вызвано большимколичеством дефектов, возникших в процессе роста, а плотность носителей зарядане подчинялась термоактивационному закону. Две компоненты спектра ЯМР 77Se,полученные для монокристалла в обеих ориентациях, были соотнесены с двумякристаллографически неэквивалентными позициями селена Se1 и Se2.
На основеданных, полученных для монокристалла Bi2Se3, были оценены параметры спектра103порошка для обеих компонент спектра, и построена модель спектра ЯМР 77Se дляпорошка Bi2Se3.104Основные результаты диссертационной работыОсновные результаты экспериментальных исследований топологическихизоляторов Bi2Te3 и Bi2Se3 методом ядерного магнитного резонанса, полученные врамках диссертационной работы: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 проводились и для Bi2Se3 на основе полученных данных длямонокристалла в ориентациях c ⊥ B0 и c || B0, что позволило построитьмодель спектра порошка Bi2Se3.3. Было показано, что, несмотря на то, что теллурид и селенид висмута имеютодинаковую структуру, температурное поведение компонент спектра ЯМРэтих халькогенидов висмута различно.
Для порошка имонокристаллического Bi2Te3 в ориентации c ⊥ B0 спектры ЯМР 125Teоказались схожими во всем температурном диапазоне исследований.Наблюдалось монотонное смещение спектров ЯМР в сторону низких частот105с понижением температуры, при этом обе компоненты спектров сдвигалисьидентично. И для порошка, и для монокристаллических пластин Bi 2Te3 былобнаружен термоактивационный характер носителей заряда, а найденныетемпературные зависимости сдвигов компонент спектра ЯМР позволилиоценить энергию активации. В обоих случаях значение энергии активациисовпало с точностью до экспериментальной погрешности и оказалосьравным порядка 26 meV, что указывает на смещение уровня Ферми к зонепроводимости.
Это согласуется с проводимостью Холла n-типа висследованных образцах Bi2Te3. Для монокристалла ТИ Bi2Se3 в ориентациис ⊥ B0 спектр ЯМР 77Se слабо смещался с понижением температуры, вотличие от ситуации для Bi2Te3, при этом для данной ориентации ненаблюдалось изменения ширины спектра ЯМР 77Se с изменениемтемпературы. Плотность носителей заряда не подчиняласьтермоактивационному закону. Такой результат для рассматриваемогообразца селенида висмута можно объяснить большим количествомдефектов, возникших в процессе роста Bi2Se3.4. 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 ЯМРуширялись при понижении температуры в случае обоих рассматриваемыхобразцов.5. Были найдены времена спин-решеточной релаксации для порошка и длямонокристалла Bi2Te3 при комнатной температуре для обеих компонентс п е к т р а Я М Р 125Te, за исключением линии малой интенсивности,о т н о с я щ е й с я к T e 2 , д л я м о н о к р и с т а л л а в о р и е н т а ц и и c || B0.Продемонстрирован экспоненциальный характер восстановления106продольной намагниченности для ядер 125Te. Обнаружено сильное различиескорости ядерной спин-решеточной релаксации для двух ориентациймонокристаллических пластин в магнитном поле.
Было показано, чтосоотношение Корринги хорошо выполняется при температурах выше 130 K.П р и дальнейшем понижении температуры это соотношение перестаетвыполняться, поскольку сказываются другие механизмы спин-решеточнойрелаксации. Для монокристалла Bi2Se3 были проведены оценки времениспин-решеточной релаксации для компоненты, отвечающей позиции Se1.107Публикации по теме диссертации[ I ] Д. Ю.
Подорожкин, Е. В. Чарная, А. Антоненко, Р. Мухамадьяров,В. В. Марченков, С. В. Наумов, J. C. A. Huang, H. W. Weber, А. С. Бугаев,“Исследование топологического изолятора Bi 2Te3 методом ЯМР”, Физикатвердого тела 57, 1698 (2015) // D. Yu. Podorozhkin, E. V. Charnaya, A. Antonenko,R. Mukhamad'yarov, V.V.
Marchenkov, S. V. Naumov, J. C. A. Huang, H. W. Weber,A. S. Bugaev, “Nuclear Magnetic Resonance Study of a Bi 2Te3 Topological Insulator”,Physics of the Solid State 57, 1741 (2015).[II] А. О. Антоненко, Е. В. Чарная, Д. Ю. Нефедов, Д. Ю. Подорожкин,А.
В. Усков, А. С. Бугаев, M. K. Lee, L. J. Chang, С. В. Наумов,Ю. А. Перевозчикова, В. В. Чистяков, Е. Б. Марченкова, H.W. Weber,J. C. A. H u a n g , В . В . М а р ч е н к о в , “ЯМР-исследования монокристалловтопологического изолятора Bi2Te3 при низких температурах”, Физика твердогот е л а 59, 836 (2017) // A. O. Antonenko, E.
V. Charnaya, D. Yu. Nefedov,D. Yu. Podorozhkin, A. V. Uskov, A. S. Bugaev, M. K. Lee, L. J. Chang,S. V. Naumov, Yu. A. Perevozchikova, V. V. Chistyakov, E. B. Marchenkova,H. W. Weber, J. C. A. Huang, V. V. Marchenkov, “NMR Studies of Single Crystals ofthe Topological Insulator Bi2Te3 at Low Temperatures”, Physics of the Solid State 59,855 (2017).[III] А. О. Антоненко, Е. В. Чарная, Д. Ю. Нефедов, Д. Ю. Подорожкин,А.
В. Усков, А. С. Бугаев, M. K. Lee, L. J. Chang, С. В. Наумов,Ю. А. Перевозчикова, В. В. Чистяков, J. C. A. Huang, В. В. Марченков,“Исследования топологического изолятора Bi2Te3 методом ЯМР в широкомтемпературном диапазоне”, Ф и з и к а т в е р д о г о т е л а 59, 2308 (2017) //A. O. Antonenko, E. V. Charnaya, D. Yu. Nefedov, D. Yu. Podorozhkin, A. V. Uskov,A. S.
Bugaev, M. K. Lee, L. J. Chang, S. V. Naumov, Yu. A. Perevozchikova,108V. V. Chistyakov, J. C. A. Huang, V. V. Marchenkov, “NMR Study of TopologicalInsulator Bi2Te3 in a Wide Temperature Range”, Physics of the Solid State 59, 2331(2017).[IV] А. О. Антоненко, Е. В.
Чарная, Д. Ю. Подорожкин,Р. И. Мухамадьяров, В. В. Марченков, С. В. Наумов, J. C. A. Huang, H. W. Weber,А. С. Бугаев, “Исследование топологического изолятора Bi2Te3 методом ЯМР”,Международная молодежная конференция ФизикА.СПб, Санкт-Петербург,Россия, 26-29 октября 2015, Тезисы докладов, с. 194 (2015).[V] A. O. Antonenko, E.
V. Charnaya, D. Yu. Podorozhkin, D. Yu. Nefedov,V. V. Marchenkov, S. V. Naumov, “NMR of the topological insulator Bi2Te3”, AmpereNMR School 2016, Zakopane, Poland, 12-18 June 2016, Book of abstracts, p. 43(2016).[VI] A. O. Antonenko, E. V. Charnaya, V. V. Marchenkov, S. V. Naumov,“N M R 125Te in the topological insulator Bi2Te3”, 13th International Youth SchoolConference “Magnetic resonance and its applications”, St. Petersburg, Russia, 20-26November 2016, Abstracts, p. 163 (2016).[VII] A.
O. Antonenko, “125Te NNR studies of the topological insulator Bi2Te3single crystal”, 3d PhD Student Conference “New Frontiers in Physics”, St. Petersburg,Russia, 19 April 2017, Conference abstracts, p. 26 (2017).[VIII] A. Antonenko, E. Charnaya, V. Marchenkov, S. Naumov, “Lowtemperature NMR of the topological insulator Bi 2Te3 single crystal”, The 10th AlpineConference on Solid-State NMR, Chamonix Mont-Blanc, France, 10-14 September2017, Book of abstracts, R 3 (2017).[IX] А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
