Repositório UNIFEI UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Estudo das propriedades de transporte elétrico em nanoestruturas compostas de Bi2Te3 e de PbTe
Autor(es): FONSECA, Karine Bolaños da
Primeiro Orientador: PERES, Marcelos Lima
Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo sobre as propriedades de magnetotransporte em nanoestruturas baseadas em Bi2Te3 e PbTe, ambos semicondutores de gap estreito. O transporte elétrico num poço quântico de PbTe do tipo n foi investigado para analisar a influência da luz azul em diferentes temperaturas e para campo magnético aplicado. Somente sob iluminação, a amostra exibiu transição metal-isolante na temperatura de aproximadamente 100 K e nas curvas de magnetorresistência foram observadas oscilações Shubnikov-de Haas. Através da transformada rápida de Fourier (FFT), obteve-se quatro frequências que compõem as oscilações encontradas sendo que uma delas corresponde a um segundo harmônico. As massas ciclotrônicas das outras três frequências foram calculadas usando a equação reduzida de Lifshitz-Kosevich (LK) que juntamente com a razão entre estas frequências permitiu atribuir uma ao vale longitudinal e outra ao vale oblíquo. Por fim, usando a expressão completa de LK a última frequência foi atribuída a uma fase de Berry não trivial. Quanto ao Bi2Te3, foram estudadas amostras de espessuras variadas entre 15 e 150 nm, com capa protetora de BaF2 e um filme de Bi2Te3 sem capa com espessura aproximada de 156 nm. A amostra sem capa exibiu magnetorresistência linear seguida por oscilações quânticas de Shubnikov-de Haas em baixas temperaturas. Utilizando a FFT, foi verificado que as oscilações observadas são compostas por duas frequências próximas. Com a equação de LK foi possível extrair as massas ciclotrônicas dessas frequências através do amortecimento térmico da amplitude da FFT e também calcular as fases de Berry dos portadores. Através da variação do ângulo de incidência do campo verificou-se que as oscilações têm sua origem mais no bulk do que na superfície e o surgimento das duas frequências próximas na FFT e a fase de Berry não-nula encontrada foram atribuídas ao efeito Rashba causado pela degradação da superfície. Analisando a influência da espessura do filme das amostras de Bi2Te3 com capa de proteção (CP) de BaF2, verificou-se que a mobilidade elétrica dos portadores de carga diminuiu com a redução da espessura do filme e que as curvas de magnetorresistência exibiram o efeito de localização fraca e somente a amostra com menor espessura exibiu o efeito de antilocalização fraca (WAL). O efeito de WAL observado em regiões de baixo campo magnético na amostra com CP e espessura de 15 nm foi analisado utilizando o modelo de Hikami Larkin Nagaoka o que nos permitiu verificar que o transporte ocorre num regime bidimensional e o que o espalhamento elétron-elétron é o mecanismo dominante de transporte. Nenhuma das amostras com CP apresentou oscilações quânticas até 9 T.
Abstract: This work presents a study on the magneto-transport properties of nanostructures based on Bi2Te3 and PbTe, both narrow gap semiconductors. Electrical transport in a n-type PbTe quantum well was investigated using light excitation in different temperatures and applied magnetic fields. Under illumination, the sample exhibited metal-insulating transition around 100 K and Shubnikov-de Haas oscillations were observed in the magnetoresistance curves. Through the fast Fourier transform (FFT) analysis, four frequencies were obtained that compose the oscillations observed and one of which corresponds to a second harmonic. The cyclotronic masses of the other three frequencies were calculated using the reduced Lifshitz-Kosevich (LK) equation, which together with the ratio between these frequencies allowed us to assign one to the longitudinal valley and another to the oblique valley. Finally, using the full expression of LK the last frequency was assigned to a non-trivial Berry phase. Bi2Te3 samples with thickness varying between 15 and 150 nm with a protective BaF2 caplayer and a Bi2Te3 film without a layer with a thickness of approximately 156 nm were investigated. The sample without cap layer exhibited linear magnetoresistance followed by Shubnikov-de Haas oscillations at low temperatures. Using the FFT, it was found that the observed oscillations are composed of two close frequencies. With the LK equation it was possible to extract the cyclotronic masses of these frequencies through the thermal damping of the FFT amplitude and also to calculate the Berry phases of the carriers. Through the variation of the angle of incidence of the field it was verified that the oscillations have their origin from the bulk rather than the surface states and the appearance of the two close frequencies in the FFT and the non-zero Berry phase found were attributed to the Rashba effect caused by surface degradation. Analyzing the influence of the film thickness of the Bi2Te3 samples with BaF2 protective layer (CP) it was found that the mobility of the carriers decreased with the reduction of the film thickness and that the magnetoresistance curves exhibited a weak localization effect and only the thinnest sample exhibited the weak antilocalization (WAL). The WAL effect observed in regions of low magnetic field in the sample with CP and thickness of 15 nm was analyzed using the Hikami Larkin Nagaoka model, which allowed us to verify that the transport occurs in a two-dimensional regime and what electron-electron scattering is the dominant transport mechanism. None of the samples with CP showed quantum oscillations up to 9 T.
Palavras-chave: PbTe
Transição metal–isolante
Bi2Te3
Isolante topológico
Efeito Rashba
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IFQ - Instituto de Física e Química
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Materiais para Engenharia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3529
Data do documento: 18-Nov-2022
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