Publikace detail

Mn-doping reveals a thermal gap and natural p-type conductivity in Bi2O2Se

Rok: 2025

Druh publikace: článek v odborném periodiku

Název zdroje: Materials advances

Název nakladatele: ROYAL SOC CHEMISTRY

Místo vydání: CAMBRIDGE

Strana od-do: nestránkováno

Tituly:

Jazyk	Název	Abstrakt	Klíčová slova
cze	Mn dopování odhaluje šířku zakázaného pásu a přirozenou p-typovou vodivost v Bi2O2Se	Bi2O2Se je polovodič, který je intenzivně studován díky svým mimořádným vlastnostem. Od roku 2010 se výzkum polykrystalických forem zaměřuje především na termoelektrické materiály. Výzkum monokrystalů je v posledních 10 letech motivován jeho kvazi-2D strukturou s neočekávaně vysokou permitivitou (εr ≈ 500), která podporuje vysokou pohyblivost elektronů. Bi2O2Se tak v mnoha ohledech překonává jiné 2D materiály. Vysoká permitivita však zároveň způsobuje mimořádně nízkou kritickou koncentraci pro přechod z kovového do izolačního stavu (n ≈ 1015 cm-3). Bi2O2Se je proto dosud dostupný pouze jako n-typový polovodič, a to převážně s vlastnostmi blízkými kovům, přestože elektronová koncentrace může pokrývat 6 řádů (n ≈ 1015–1021 cm3), údajně v důsledku velmi vysoké koncentrace selenových vakancí nebo substitucí Se na místě po Bi. V této práci uvažujeme Mn dopování v Bi2O2Se, tedy Bi2-xMnxO2Se. Dopování Mn vede ke snížení elektronové koncentrace a poprvé k přechodu materiálu na p-typovou vodivost. Z teplotní závislosti elektrické vodivosti lze odvodit tepelnou mezeru (≈ 0,9 eV). Přechod k p-typu souvisí s interakcí Mn s defektovou strukturou Bi2O2Se. Naše experimenty naznačují, že mezi nejhojnější defekty kromě vakance VSe patří substituční poruchy: atom Se na místě Bi (SeBi) a atom O na místě Se. Z analýzy HRXRD usuzujeme, že Mn snižuje jejich koncentraci a posouvá strukturu do p-typového stavu. Z DFT výpočtů a magnetických měření vyvozujeme substituci Bi atomem Mn (MnBi, ve vysokospinovém stavu, μ ≅ 5 μB), ačkoli všechna experimentální data ukazují na velmi nízkou rozpustnost, nMn = 2,67 × 1018 cm-3 podle magnetických dat.	zlepšené termoelektrické vlastnosti; p-typ Bi2O2Se; transportní vlastnosti; substituce
eng	Mn-doping reveals a thermal gap and natural p-type conductivity in Bi2O2Se	Bi2O2Se is a semiconductor that is being intensively studied due to its many extraordinary properties. Since about 2010, research on polycrystals has focused on thermoelectric materials. For the last 10 years, single crystal research has been driven by its quasi 2D structure with unexpectedly high permittivity (εr ≈ 500), which promotes high electron mobility. Bi2O2Se thus outperforms other 2D materials in many parameters. However, the high permittivity is also responsible for the extremely low critical concentration of the metal-insulator transition (n ≈ 1015 cm-3). Thus, Bi2O2Se is so far only available as an n-type semiconductor largely with metal-like properties, although the electron concentration can range over 6 orders of magnitude (n ≈ 1015-1021 cm-3), reportedly due to the very high concentration of selenium vacancies or selenium antisites on the Bi site. In this paper, we consider Mn doping in Bi2O2Se, Bi2-xMnxO2Se. The Mn doping leads to a decrease in the electron concentration and, for the first time, to a transition of the material to p-type conductivity. A thermal gap (≈ 0.9 eV) can be deduced from the temperature dependence of the electrical conductivity. The p-type transition is related to the interaction of Mn with the defect structure of Bi2O2Se. Our experiments suggest that the most abundant defects, besides the Se vacancies VSe, are the substitutional defect Se atom at the Bi site, SeBi and the O atom at the Se site. From high resolution XRD analysis, we conclude that Mn reduces its concentration and brings the structure to the p-type state. From DFT calculations and magnetic data we infer the substitution of Bi by Mn (MnBi, in a high spin state, mu congruent to 5 mu B), although all experiments indicate a very low solubility nMn = 2.67 x 1018 cm-3 based on magnetic data.	enhanced thermoelectric performance; p-type Bi2O2Se; transport-properties; substitution

Vyhledávání

Přihlášení pro studenty

Přihlášení pro zaměstnance

Publikace detail

Katedry

Ústavy a pracoviště

Jak nás najdete?

Služby

Často hledáte