Кох К.   Андреев Ю.   Терещенко О.   Атучин В.В.   Кох А.Е.  

Слоистые халькогениды для терагерцового излучения и топологических изоляторов

Докладчик: Кох К.

Развитие лазерной техники и совершенствование методов исследования вещества  дали возможность использовать в новом качестве кристаллы известных соединений или открыть у них новые физические свойства.
Прогресс в технологии волоконных фемтосекундных лазеров открыл путь для создания компактных источников терагерцового излучения, которое стало возможно получать за счет взаимодействия коротких лазерных импульсов с веществом. Кристаллы GaSe являются материалом, который обладает практически идеальным набором физических свойств для использования их в качестве генераторов и детекторов терагерцового излучения [1,2] методами даун-конверсии, фотопроводящей (дипольной) антенны и нелинейно-оптического выпрямления. Наличие весьма совершенной спайности у этих  кристаллов позволяет сколом приготавливать поверхность высокого качества, которая не требует дальнейшей обработки. С другой стороны, хорошая способность раскалываться, а также чрезвычайно низкая твердость препятствуют возможности широкого использования GaSe вне лабораторных условий, а также изготавливать элементы с другой кристаллографической ориентировкой. Было найдено, что легированием можно добиться не только возрастания твердости GaSe но и улучшить и без того высокие показатели преломления, нелинейной восприимчивости и расширить границы области прозрачности кристалла. Однако, в большинстве опубликованных работ, изменяющиеся свойства GaSe коррелируются только с начальной концентрации примеси в навеске. Возникшие противоречия и неоднозначность литературных данных по свойствам таких легированных кристаллов, вероятно, вызваны неоднородностью концентрации примеси, которая должна меняться по длине слитка.
В данной работе представлены данные по распределению в кристаллах GaSe изовалентных примесей серы и индия при их различных концентрациях в навеске, и данные по изменению микротвердости образцов в зависимости от степени легирования. Обсуждаются основные закономерности изменения оптических свойств от концентрации примеси, а также перспективы получения кристаллов GaSe:Al.
Вторая часть работы посвящена 3D топологическим изоляторам (ТИ), материалам с новыми электронными свойствами, которые способны проводить спин-поляризованный ток только по поверхности [3]. Это свойство схоже с проявлением спинового квантового эффекта Холла, но реализуется на поверхности объемного материала при комнатной температуре и без прикладывания внешнего магнитного поля [4]. 3D ТИ были предсказаны в 2007 году [5], а в 2008 экспериментально продемонстрировано на объемных образцах твердых растворов BixSb1-x [6]. Позднее было установлено, что свойствами ТИ обладают теллурид Bi2Te3 и селенид висмута Bi2Se3 [7], которые до этого рассматривались только в качестве материала для термоэлектрических преобразователей [8]. Исследования показали, что дефектность и нестехиометрия этих соединений [9] приводят к высоким концентрациям собственных носителей и значительной объёмной проводимости [10]. Уменьшить вклад объёмной проводимости можно за счет снижения концентрации собственных дефектов в этих ТИ.
В данной работе представлены результаты по выращиванию кристаллов Bi2Te3 и Bi2Se3 и характеризации поверхности скола {0001}. Обсуждаются метод получения  и свойства ТИ со структурой минерала тетрадимит в системах Bi-Te-Se и Bi- Se-S.

 

Работа частично поддержана грантом МК-6694.2010.5

Литература:
[1] W.Shi, Y.J.Ding, Appl.Phys.Lett, 2004, 84, p.1635.
[2] G.Kh.Kitaeva, Laser Phys.Lett, 2008, 5, p.559.
[3] G.Brumfiel, Nature, 2010, 466, p.310.
[4] C.L.Kane, E.J.Mele, Phys.Rev.Lett, 2005, 95, p.146802.
[5] J.E.Moore, L.Ballents, Phys.Rev.B, 2007, 75, p.121306.
[6] D.Hsieh, D.Qian, L.Wray, Y.Xia, Y.S.Hor, R.J.Cava, M.Z.Hasan, Nature, 2008, 452, p.970
[7] J.Zaanen, Science, 2009, 323, p.888.
[8] H.Scherrer and S.Scherrer in Handbook of Thermoelectrics, CRC Press, New York, 1994, pp. 211-237.
[9] J.Navratil, J.Horak, T.Plechacek, S.Kamba, P.Lostak, J.S.Dyck, W.Chen, C.Uher, J.Solid State Chem, 2004, 177, p.1704.
[10] Zhi Ren, A. A. Taskin, Satoshi Sasaki, Kouji Segawa, and Yoichi Ando, Phys. Rev. B, 2010, 82, p.241306.


К списку докладов