Упругие и оптические свойства топологических изоляторов Bi1-xSbxTe1-ySey: Роль объемных дефектов / Жевстовских И.В., Аверкиев Н.С., Гудков В.В., Сарычев М.Н., Поносов Ю.С., Кузнецова Т.В., Кох К.А., Терещенко О.Е.

Abstract

В четверных соединениях Bi1-xSbxTe1-ySey, характеризующихся одновременным наличием поверхностных состояний проводимости и объемной запрещенной зоны, для значений (x, y)=(0.5, 1.3) реализуется максимальная компенсация электронов и дырок [1]. Большая энергетическая щель Eg~300 meV и малый вклад от объемных носителей в кристалле Bi1.5Sb0.5Te1.8Se0.2 делают его наиболее подходящим кандидатом для генерации эффективного спин-поляризованного тока [2]. Объемно-изолирующее поведение в Bi1-xSbxTe1-ySey достигается введением двух преобладающих типов заряженных дефектов: вакансий Se и дефектов замещения (Bi,Sb)/Te. Однако, в процессе роста могут образоваться и другие дефекты, случайное распределение которых в кристалле трудно контролировать, но их присутствие может влиять на положение уровня Ферми и изменять проводящие свойства этих соединений не только в объеме, но и на поверхности. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования упругих и оптических свойств монокристаллов Bi1-xSbxTe1-ySey в широкой области температур 4-360 К, которые выявили наличие точечных дефектов низкой симметрии. На температурной зависимости поглощения продольной ультразвуковой волны, распространяющейся вдоль базисной оси в кристалле Bi1.5Sb0.5Te1.8Se0.2, вблизи 200 К был обнаружен пик и смягчение упругого модуля 33 c . Рамановские спектры, полученные на том же самом образце в различной поляризационной геометрии, показали наличие дополнительной колебательной моды на частоте 125 cm-1, ширина линии этой моды значительно (на 30 cm-1) возрастала с ростом температуры, а частота резко падала вблизи 200 К. Обнаруженная корреляция аномального поведения упругих и оптических свойств указывала на общую природу, а их характер - на проявление беспорядка, вызванного наличием объемных дефектов низкой симметрии, обсуждаются возможные типы таких дефектов [3].