Электронная структура сплавов Pb₁–x–ySnxFeyTe

Abstract

Исследованы фазовый и элементный составы, гальваномагнитные свойства (4,2 К ≤ T ≤ 300 К, B ≤ 0,07 Тл) и осцилляции Шубникова–де Гааза (T = 4,2 К, B ≤ 6,5 Тл) в сплавах Pb₁–x–ySnxFeyTe при вариации концентраций олова и железа вдоль монокристаллических слитков, синтезированных методом Бриджмена–Стокбаргера. С помощью сканирующей электронной микроскопии и рентгенофлюоресцентного микроанализа обнаружены микроскопические включения, обогащенные железом, и определено распределение олова и железа вдоль слитков. Обнаружены увеличение концентрации дырок с ростом концентраций олова и железа и аномальные температурные зависимости коэффициента Холла, указывающие на пиннинг уровня Ферми резонансным уровнем железа. Для объяснения экспериментальных зависимостей концентрации дырок и энергии Ферми относительно потолка валентной зоны от содержания олова в сплавах предложена модель перестройки электронной структуры, предполагающая движение уровня железа от потолка в глубь валентной зоны с ростом концентрации олова. В рамках двухзонного закона дисперсии Кейна определен композиционный коэффициент движения уровня железа относительно краев энергетических зон при увеличении содержания олова в сплавах Pb₁–x–ySnxFeyTe.

Досліджено фазовий та елементний склад, гальваномагнітні властивості (4,2 ≤ T ≤ 300 К, B ≤ 0,07 Тл) та осциляції Шубнікова–де Гааза (T = 4,2 К, B ≤ 6,5 Тл) в сплавах Pb₁–x–ySnxFeyTe при варіації концентрацій олова та заліза вздовж монокристалічних злитків, які синтезовані методом Бріджмена–Стокбаргера. За допомогою скануючої електронної мікроскопії та рентгенофлуоресцентного мікроаналізу виявлено мікроскопічні включення, які збагачені залізом, і визначено розподіл олова та заліза вздовж злитків. Виявлено збільшення концентрації дірок зі зростанням концентрацій олова та заліза і аномальні температурні залежності коефіцієнта Холла, що вказують на пінінг рівня Фермі резонансним рівнем заліза. Для пояснення експериментальних залежностей концентрації дірок та енергії Фермі відносно вершини валентної зони від вмісту олова в сплавах запропоновано модель перебудови електронної структури, яка передбачає рух рівня заліза від вершини в глибину валентної зони з ростом концентрації олова. В рамках двозонного закону дисперсії Кейна визначено композиційний коефіцієнт руху рівня заліза відносно країв енергетичних зон при збільшенні вмісту олова в сплавах Pb₁–x–ySnxFeyTe.

The phase and elemental composition, galvanomagnetic properties (4,2 ≤ T ≤ 300 K, B ≤ 0,07 T) and Shubnikov–de Haas oscillations (T = 4,2 K, B ≤ 6,5 T) in Pb₁–x–ySnxFeyTe alloys are studied at a variation of the tin and iron concentration along the single-crystal ingots synthesized by the Bridgman–Stockbarger technique. The microscopic inclusions enriched with iron are found and the distribution of the tin and iron along ingots are determined using the scanning electron microscopy and the x-ray fluorescence microanalysis. An increase in the concentration of holes with increasing concentrations of tin and iron and abnormal temperature dependences of the Hall coefficient, indicating the pinning of the Fermi level by the resonant level of iron are found. To explain the experimental dependences of the hole concentration and Fermi energy relative to the valence band top on the tin content in alloys, a model for the rearrangement of the electronic structure is proposed, assuming the movement of the iron level from the top into the depth of the valence band with an increase in the tin concentration. In the framework of the twoband Kane dispersion law, the compositional coefficient of the iron level movement with respect to the edges of the energy bands with an increase in the tin content in the Pb₁–x–ySnxFeyTe alloys is determined.