Особенности продольного магнитосопротивления и осцилляции Шубникова-де Гааза в полупроводниковых нитях Bi_(1-x)Sb_x

摘要

Исследовались особенности проявления свойств топологических изоляторов (ТИ) и квантовых размерных эффектов на продольном магнитосопротивлении (ПМС) (H||I) монокристаллических полупроводниковых нитей Bi-17ат%Sb с ориентацией (1011) вдоль оси, полученных литьем из жидкой фазы по методу Улитовкого, с диаметрами от 75 нм до 1000 нм. В области высоких температур (T ＞ 50 К) квантовый размерный эффект проявляется в росте энергетической щели ΔE ～ d~(-1) полупроводниковых нитей Bi-17ат%Sb с уменьшением диаметра нитей d. При уменьшении температур (T ＜ 50 К) наблюдался переход от полупроводниковой зависимости R(T) к металлической с уменьшением диаметра нитей d, указывающий на наличие поверхностных состояний, присущих ТИ. В области диаметров 200-350 нм на продольном магнитосопротивлении H||I в слабых магнитных полях (H ＜ 3 T) наблюдались осцилляции Шубникова де Гааза (ШдГ), из которых были рассчитаны температура Дингла, циклотронная масса, длина свободного пробега носителей и подвижность носителей заряда μ = 11×10~3 см~2/сек. На ПМС нитей Bi-17ат%Sb при 4,2 К обнаружена особенность в виде сдвига фазы уровней Ландау ШдГ осцилляций и аномального максимума на толщинной зависимости ПМС при 4,2 К, связанные с переходом полупроводник - металл за счет существенного вклада в проводимость поверхностных состояний ТИ. В совокупности особенности на продольном магнитосопротивлении, сдвиг фазы ШдГ осцилляций, большие подвижности носителей заряда, высокая анизотропия циклотронных масс и подвижностей, возрастание проводимости с уменьшением диаметра нитей d, указывают на наличие поверхностных состояний в тонких полупроводниковых нитях Bi_(1-x)Sb_x, с энергией Ферми типа "конуса Дирака", высокочувствительных к диаметру, температуре, величине и направлению магнитного поля и приводящих к новым особенностям транспортных свойств топологических изоляторов в размерно-ограниченных структурах.