Топологические переходы Лифшица, индуцированные деформацией и легированием в монокристаллических нитях висмута

Abstract

Исследованы особенности проявления электронных топологических переходов Лифшица (ЭТП) в нитях висмута в стеклянной оболочке при качественном изменении топологии поверхности Ферми. Варьирование параметров энергетического спектра осуществлялось легированием Bi акцепторной примесью Sn и упругой деформацией растяжения до 2% относительного удлинения в слаболегированных нитях Bi р-типа. Монокристаллические нити чистого и легированного висмута в стеклянной оболочке различных диаметров с ориентацией (1011) вдоль оси получали литьем из жидкой фазы по методу Улитовского. Впервые обнаружены аномалии на температурных зависимостях термоэдс α(Т) в виде тройной смены знака α (при сильном легировании нитей Bi акцепторной примесью Sn), вызванные ЭТП. Концентрационное и энергетическое положение ∑-зоны при сильном легировании висмута Sn оценивалось с помощью осцилляций Шубникова–де Гааза, которые были видны как от L-электронов, так и от T-дырок в магнитных полях до 14 Тл. Показано, что электронные топологические переходы Лифшица при упругой деформации слаболегированных нитей Bi р-типа сопровождаются аномалиями на деформационных зависимостях термоэдс при низких температурах. Эффект интерпретируется с точки зрения возникновения селективного канала рассеяния L- носителей в T-зону с большой плотностью состояний, что хорошо согласуется с существующими теоретическими моделями ЭТП.

Досліджено особливості прояву електронних топологічних переходів Ліфшиця (ЕТП) в нитках вісмуту в скляній оболонці при якісній зміні топології поверхні Фермі. Варіювання параметрів енергетичного спектра здійснювалося легуванням Bi акцепторною домішкою Sn і пружною деформацією розтягування до 2% відносного подовження в слабколегованих нитках Bi р-типа. Монокристалічні нитки чистого та легованого вісмуту в скляній оболонці різних діаметрів з орієнтацією (1011) уздовж осі отримували литвом з рідкої фази по методу Улітовського. Вперше виявлено аномалії на температурних залежностях термоедс α(Т) у вигляді потрійної зміни знаку α (при сильному легуванні ниток Bi акцепторною домішкою Sn), які викликані ЕТП. Концентраційне та енергетичне положення ∑-зони при сильному легуванні вісмуту Sn оцінювалося за допомогою осциляцій Шубнікова–де Гааза, які було видно як від L-електронів, так і від T-дірок в магнітних полях до 14 Тл. Показано, що електронні топологічні переходи Ліфшиця при пружній деформації слаболегованих ниток Bi р-типу супроводжуються аномаліями на деформаційних залежностях термоедс при низьких температурах. Ефект інтерпретується з точки зору виникнення селективного каналу розсіяння L-носіїв в T-зону з великою щільністю станів, що добре узгоджується з існуючими теоретичними моделями ЕТП.

The features associated with the manifestation of Lifshitz electron topological transitions (ETT) in glass-insulated bismuth wires upon qualitative changes to the topology of the Fermi surface are investigated. The variation of the energy spectrum parameters was implemented by doping Bi with an acceptor impurity Sn and using elastic strain of up to 2%, relative to the elongation in the weakly-doped p-type Bi wires. Pure and doped glass-insulated single-crystal bismuth with different diameters and (1011) orientations along the axis were prepared by the Ulitovsky liquid phase casting method. For the first time, ETT-induced anomalies are observed along the temperature dependences of the thermoemf α( T) as triple-changes of the α sign (given heavy doping of Bi wires with an acceptor impurity Sn). The concentration and energy position of the Σ-band given a high degree of bismuth doping with Sn was assessed using the Shubnikov-de Haas effect oscillations, which were detected both from L-electrons and from T-holes in magnetic fields of up to 14 T. It is shown that the Lifshitz electron-topological transitions with elastic deformation of weakly-doped p-type Bi wires are accompanied by anomalies along the deformation dependences of the thermoemf at low temperatures. The effect is interpreted in terms of the formation of a selective scattering channel of L-carriers into the T-band with a high density of states, which is in good agreement with existing theoretical ETT models.