Закономерности эффектов электронного переноса в условиях проявления состояния топологического изолятора в тонких пленках твердого раствора висмут-сурьма с учетом их взаимодействия с подложкой

Цель: установление закономерностей изменения физических свойств, параметров носителей заряда системы висмут - сурьма при переходе к низкоразмерным объектам для установления фундаментальных закономерностей физики конденсированного состояния в низко- и наноразмерной областях и целенаправленного управления практически значимыми параметрами низко- и наноразмерных объектов. Получены низкоразмерные структуры сплавов висмут - сурьма методами вакуумного термического напыления на подложки с различным коэффициентом температурного расширения. Большинство исследуемых образцов получены при глубине вакуума до 10⁻⁵ Торр. Ультратонкие пленки висмута получены с использованием сверхвысоковакуумной установки Ферри-Ватт в вакууме до 10⁻⁹ Торр.Получены серии блочных и монокристаллических пленок висмута и твердого раствора висмут - сурьма с содержанием сурьмы 3, 5, 8, 12 и 15 ат. % и толщиной пленок 300 - 2000 нм на подложках с различными коэффициентами температурного расширения. В отдельных случаях получены пленки меньших толщин вплоть до 15 нм. Проведены: исследования структуры и состава полученных пленок; измерения удельного и магнетосопротивления и коэффициента Холла в интервале температур 77 - 300 К и магнитных полей 0 - 0,6 Тл, а в отдельных случаях - в интервале температур 4 - 300 К и магнитных полей до 8 Тл; сравнение гальваномагнитных свойств блочных пленок на подложках с различным коэффициентом температурного расширения; анализ закономерностей гальваномагнитных явлений в пленках системы висмут - сурьма на различных подложках. Рассчитаны концентрация и подвижность носителей заряда. Установлены закономерности влияния термического расширения подложки на гальваномагнитные свойства пленок, концентрацию и подвижность носителей заряда в пленках. В двухзонном приближении рассчитаны изменения зонной структуры материала пленки, удовлетворяющие экспериментальные результаты. Уточнены способы измерения теплопроводности кристаллов, и проведены экспериментальные измерения термоэлектрических и магнитотермоэлектрических свойств монокристаллических пластин твердых растворов висмут - сурьма в зависимости от градиентной неоднородности состава и градиента температуры. Выявлено значительное влияние деформации в системе пленка - подложка, вызванное различным температурным расширением материала пленки и подложки. Для всех исследованных составов твердого раствора висмут - сурьма использование подложки с температурным расширением большим, чем у материала пленки, приводит к увеличению концентрации носителей заряда в области температур ниже температуры формирования пленки и, наоборот, уменьшению концентрации, если температурное расширение подложки меньше, чем у материала пленки. Рассчитаны значения коэффициентов термо-, тензоэлектрического и гальваномагнитного преобразования сигналов в пленках системы висмут - сурьма. Установлены закономерности проявления размерного квантования в явлениях переноса в пленках при ограничении длины когерентности носителей заряда в условиях реальной структуры пленок. Получены данные, указывающие на возможность реализации состояния топологического изолятора в исследуемых пленках.