Publication detail

Low-temperature transport properties of Tl-doped Bi2Te3 single crystals

Year: 2013

Type of publication: článek v odborném periodiku

Name of source: Physical Review B

Publisher name: American Physical Society

Place: College Park

Page from-to: 045202-1-7

Titles:

Language	Name	Abstract	Keywords
cze	Transportní vlastnosti monokrystalů Bi2Te3 dopovaných Tl za nízkých teplot	Zatímco stechiometrické Bi2Te3 monokrystaly často vykazují p - typ elektrické vodivosti kvůli antistrukturním defektům, vlivem dopování thaliem (Bi(2-x)Tl(x)Te3, x = 0-0,3) se postupně mění elektrická vodivost monokrystalů z typu p (pro 0<=x<=0,08) na typ n (pro 0,12<=x<=0,3). To je pozorováno pomocí měření Seebeckova koeficientu a Hallova jevu, které se provádí v krystalografické (0001) rovině, v teplotním rozmezí od 2 do 300 K. Vzhledem k tomu, že jakákoliv substituce Tl do Bi nebo Te podmřížek by měla za následek zvýšení koncentrace děr, spíše než její pokles, a protože jednoduché začlenění TI do intersticiálních pozic nebo do van der Waalsovy mezery je nepravděpodobné, protože by se tím zvýšily mřížkové parametry, což nebylo pozorováno, začlenění Tl pravděpodobně probíhá přes vytvoření TlBiTe2 fragmentů ve vrstevnaté struktuře Bi2Te3. Při nízké koncentraci Tl (0<=x<=0,05) závislost elektrického odporu na teplotě měřená v rovině udržuje kovový charakter, dokud se koncentrace děr snižuje. Větší koncentrace Tl (0,08<=x<=0,12) mění charakter ektrického odporu do nekovového režimu charakteristického pro přechody kov - izolátor při ochlazení pod 100 K. Při nejvyšších koncentracích Tl (0,2<=x<=0,3) se vzorky se vrací zpět do kovového stavu s nízkým odporem. Měření tepelné vodivoi Bi2Te3 monokrystalů obsahující Tl, s využitím modelu fononové vodivosti Debye - Callaway, ukazují obecně silnější rozptyl fononů na bodových defektech s rostoucím obsahem Tl. Z popsaného vývoje transportních vlastností vyplývá, že hladina Fermiho meze z Bi2Te3 , která zpočátku leží ve valenčního pásu (pro x = 0), se postupně posouvá směrem k horní části valenčního pásu (pro 0,01 < = x < = 0,05) , a pak se pohybuje do zakázaného pásmu (pro 0,08 < = x < = 0,12 ) , a nakonec protíná vodivostní pás (pro 0,2 < = x < = 0,3 ) .	topologické izolátory; termoelektřina; povrchové stavy; teplo
eng	Low-temperature transport properties of Tl-doped Bi2Te3 single crystals	While the bulk, stoichiometric Bi2Te3 single crystals often exhibit p-type metallic electrical conduction due to the BiTe-type antisite defects, doping by thallium (Bi(2-x)Tl(x)Te3,x = 0-0.3) progressively changes the electrical conduction of single crystals from p type (0<=x<=0.08) to n type (0.12<=x<= 0.30). This is observed via measurements of both the Seebeck coefficient and the Hall effect performed in the crystallographic (0001) plane in the temperature range of 2-300 K. Since any kind of substitution of Tl on the Bi or Te sublattices would result in an enhancement of the density of holes rather than its decrease, and because simple incorporation of Tl at interstitial sites or in the van der Waals gap is unlikely as it would increase the lattice parameters which is not observed in experiments, incorporation of Tl likely proceeds via the formation of TlBiTe2 fragments coexisting with the quintuple layer structure of Bi2Te3. At low levels of Tl, 0<=x<= 0.05, the temperature-dependent in-plane electrical resistivity maintains its metallic character as the density of holes decreases. Heavier Tl content with 0.08 = x <= 0.12 drives the electrical resistivity into a prominent nonmetallic regime displaying characteristic metal-insulator transitions upon cooling to below similar to 100 K. At the highest concentrations of Tl, 0.2<=x<=0.3, the samples revert back into the metallic state with low resistivity. Thermal conductivity measurements of Bi2Te3 single crystals containing Tl, as examined by the Debye-Callaway phonon conductivity model, reveal a generally stronger point-defect scattering of phonons with the increasing Tl content. The systematic evolution of transport properties suggests that the Fermi level of Bi2Te3, which initially lies in the valence band (for x = 0), gradually shifts toward the top of the valence band (for 0.01<= x <= 0.05), then moves into the band gap (for 0.08 <= x <= 0.12), and eventually intersects the conduction band (for 0.2<= x<=0.3).	topological-insulator; thermoelectric-power; dirac cone; surface; states; heat

Search

Login for students

Login for employees

Publication detail

Departments

Other Parts

Map

Services

Popular Links