Термоэлектрические свойства и поверхностные состояния в слоях топологических изоляторов Bi_2Te_3

摘要

Исследованы термоэлектрические свойства и осцилляции Шубникова-де-Гааза (ШдГ) моно-кристаллических слоев топологического изолятора (ТИ) теллурида висмута n-типа. Монокри-сталлические слои Bi_2Te_3 получались механическим отслаиванием слоев от монокристалли-ческого слитка соответствующего состава. Из экспериментальных данных по осцилляциям ШдГ как в продольном (H||I), так и в поперечном (Н⊥I) магнитных полях при температурах 2,1-4,2 К рассчитаны циклотронные эффективные массы, температура Дингла и квантовые подвижности носителей заряда. Обнаружено, что фазовый сдвиг индекса уровней Ландау имеет значение 0,5 как для параллельного, так и для перпендикулярного магнитных полей, что связано с фазой Берри поверхностных состояний. Из температурных зависимостей сопротивления и термоэдс рассчитан фактор мощности в интервале температур 2-300 К. Установлено максимальное значение фактора мощности α~2σв интервале температур 100-250 К, который соответствует максимальным значениям для совершенных монокристаллов, имеющимся в литературе. Учитывая, что теплопроводность в тонких слоях существенно меньше, чем в массивных образцах, следует ожидать значительного возрастания термоэлектрической эффективности в широкой области температур, что является важным фактором для разработки новых высокоэффективных термоэлектрических материалов на базе более тонких слоев ТИ Bi_2Te_3 для практического использования их в термогенераторах и охладителях.