📄Работа №125076
Тема: Изменение электронной структуры магнитных топологических изоляторов MnBi2Te4 при допировании атомами Sb
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
физика
Объем:
36 листов
Год:
2022
Просмотров:
47
4980
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
Введение 3
1. Обзор литературы 5
1.1 Семейство эффектов Холла 5
1.2 Топологические изоляторы: зонная теория. 6
1.3 Экспериментальная реализация двумерных и трехмерных топологических изоляторов. 8
1.4 Комбинация топологии и магнетизма в топологических изоляторах. 11
1.5 Экспериментальная реализация магнитных топологических изоляторов. 12
1.6 Внутренний антиферромагнитный топологический изолятор MnBi2Te4 13
1.7 Способы сдвига точки Дирака в топологических изоляторах. 15
1.8 Топологический изолятор дробной стехиометрии Mn(Bi1-xSbx)2Te4 17
2. Методы и организация исследования. 19
2.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). 19
2.2 Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (ФЭСУР). 20
2.4 Дифракция медленных электронов (ДМЭ). 22
2.5 Используемые экспериментальные установки. 22
3. Результаты исследования и их обсуждение. 24
3.1 Определение качества образцов и концентрации атомов Sb 24
3.2 Определение положения точки Дирака 26
3.3 Зависимость положения точки Дирака от концентрации атомов Sb 27
Заключение. 30
Литература. 31
1. Обзор литературы 5
1.1 Семейство эффектов Холла 5
1.2 Топологические изоляторы: зонная теория. 6
1.3 Экспериментальная реализация двумерных и трехмерных топологических изоляторов. 8
1.4 Комбинация топологии и магнетизма в топологических изоляторах. 11
1.5 Экспериментальная реализация магнитных топологических изоляторов. 12
1.6 Внутренний антиферромагнитный топологический изолятор MnBi2Te4 13
1.7 Способы сдвига точки Дирака в топологических изоляторах. 15
1.8 Топологический изолятор дробной стехиометрии Mn(Bi1-xSbx)2Te4 17
2. Методы и организация исследования. 19
2.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС). 19
2.2 Фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением (ФЭСУР). 20
2.4 Дифракция медленных электронов (ДМЭ). 22
2.5 Используемые экспериментальные установки. 22
3. Результаты исследования и их обсуждение. 24
3.1 Определение качества образцов и концентрации атомов Sb 24
3.2 Определение положения точки Дирака 26
3.3 Зависимость положения точки Дирака от концентрации атомов Sb 27
Заключение. 30
Литература. 31
📖 Введение
В последнее время активно исследуются материалы, принадлежащие к классу магнитных топологических изоляторов (ТИ), в которых успешно объединены топологические и магнитные свойства. Благодаря такой комбинации появляется возможность реализации многих теоретически предсказанных эффектов и состояний, таких как квантовый аномальный эффект Холла (КАЭХ), топологическое сверхпроводящее состояние, состояние аксионного изолятора, топологическое аксионное состояние и состояние полуметалла Вейля [1-8]. Однако, ТИ — материалы, изначально немагнитные, и для успешной реализации таких состояний необходимо наведение магнитного момента. Это позволяет открыть энергетическую запрещенную зону (ЭЗЗ) в точке Дирака в электронной структуре топологических поверхностных состояний, необходимую для реализации вышеуказанных явлений.
Активно изучаемые способы наведения магнитного момента в ТИ основаны на внедрении в вещество ТИ магнитных примесей или путем выращивания магнитных гетероструктур [9-15]. Повышенная концентрация магнитных примесей позволяет увеличить обменное взаимодействие и величину ЭЗЗ в точке Дирака. Однако, при этом увеличивается дефектность, снижается качество образца и уменьшается подвижность электронов [12]. По этой причине многие квантовые эффекты, включая КАЭХ, предсказанные в магнитно-легированных ТИ, наблюдаются только при чрезвычайно низких температурах (0.1-1K) [11].Избежать такого увеличения дефектности удалось с открытием собственного стехио-метрического магнитного ТИ MnBi2Te4, благодаря тому что в данном материале воспроизведен эффект близости в предельной форме: магнитные атомы включены в структуру непосредственно в качестве слоя [16]. Это позволило увеличить открываемую в точке Дирака ЭЗЗ, а также существенно поднять температуру КАЭХ [17], приблизив её к температуре магнитного перехода (температуре Нееля), в то время как для легированных ТИ температура КАЭХ существенно ниже температуры магнитного перехода.
Активно изучаемые способы наведения магнитного момента в ТИ основаны на внедрении в вещество ТИ магнитных примесей или путем выращивания магнитных гетероструктур [9-15]. Повышенная концентрация магнитных примесей позволяет увеличить обменное взаимодействие и величину ЭЗЗ в точке Дирака. Однако, при этом увеличивается дефектность, снижается качество образца и уменьшается подвижность электронов [12]. По этой причине многие квантовые эффекты, включая КАЭХ, предсказанные в магнитно-легированных ТИ, наблюдаются только при чрезвычайно низких температурах (0.1-1K) [11].Избежать такого увеличения дефектности удалось с открытием собственного стехио-метрического магнитного ТИ MnBi2Te4, благодаря тому что в данном материале воспроизведен эффект близости в предельной форме: магнитные атомы включены в структуру непосредственно в качестве слоя [16]. Это позволило увеличить открываемую в точке Дирака ЭЗЗ, а также существенно поднять температуру КАЭХ [17], приблизив её к температуре магнитного перехода (температуре Нееля), в то время как для легированных ТИ температура КАЭХ существенно ниже температуры магнитного перехода.
✅ Заключение
В работе представлены и проанализированы изменения структуры валентной зоны, топологических состояний и остовных уровней для серии магнитных ТИ со стехиометрией Mn(Bi1-xSbx)2Te4 при изменении заложенной при росте концентрации атомов Sb в широком диапазоне х = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5 и 1. На основе полученных данных в соответствии с целями и задачами данной работы, сделаны следующие выводы:
1. Измеренные в точках образцов концентрации стабильно превышают заявленные при росте. Рост кристалла проводился не из расплава, а из растворителя на основе (Bi,Sb)2Te3. Таким образом, данные химического анализа свидетельствуют о преимущественном вхождении сурьмы в кристалл относительно растворителя.
2. Показан постепенный энергетический сдвиг конуса Дирака при увеличении концентрации атомов Sb в образце. Данный сдвига характеризуется корневой зависимостью от концентрации атомов Sb, таким образом, физическая природа такого сдвига соответствует случаю линейного изменения плотности носителей заряда. Обнаружено, что точка компенсированного полупроводника наступает при концентрации атомов Sbx≈0.3.
3. Пик Mn 3d, включённый в валентную зону, сдвигается на то же энергетическое со-стояние, что и точка Дирака, из чего можно сделать вывод, что валентная зона сдвигается целостно.
Полученные результаты опубликованы в работе [60].
1. Измеренные в точках образцов концентрации стабильно превышают заявленные при росте. Рост кристалла проводился не из расплава, а из растворителя на основе (Bi,Sb)2Te3. Таким образом, данные химического анализа свидетельствуют о преимущественном вхождении сурьмы в кристалл относительно растворителя.
2. Показан постепенный энергетический сдвиг конуса Дирака при увеличении концентрации атомов Sb в образце. Данный сдвига характеризуется корневой зависимостью от концентрации атомов Sb, таким образом, физическая природа такого сдвига соответствует случаю линейного изменения плотности носителей заряда. Обнаружено, что точка компенсированного полупроводника наступает при концентрации атомов Sbx≈0.3.
3. Пик Mn 3d, включённый в валентную зону, сдвигается на то же энергетическое со-стояние, что и точка Дирака, из чего можно сделать вывод, что валентная зона сдвигается целостно.
Полученные результаты опубликованы в работе [60].
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.