Инверсия типа поверхностной проводимости в коррелированном топологическом изоляторе SmB6

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые продемонстрирована возможность управления типом поверхностной проводимости в коррелированном топологическом изоляторе SmB6. Переход к поверхностной проводимости p-типа с инверсией знака эффекта Холла при гелиевых температурах реализован в результате обработки граней SmB6, образованных поверхностями (110), пучком ионов аргона со средней энергией 500 эВ. Изменение типа поверхностной проводимости с доминирующим вкладом поверхностных дырок (с подвижностями до 60 см2B−1c−1 при 2 К) связывается как с удалением углерода с поверхности SmB6 и ее пассивации кислородом, так и с генерацией дефектов в приповерхностном слое, инициированных ионной бомбардировкой. Обнаруженный эффект открывает возможности модификации параметров поверхностного электронного транспорта в коррелированном топологическом изоляторе SmB6 посредством контролируемого введения дефектов или за счет эффекта поля.

Об авторах

В. В Глушков

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: glushkov@lt.gpi.ru
Москва, Российская Федерация

А. Д Божко

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: glushkov@lt.gpi.ru
Москва, Российская Федерация

В. С Журкин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: glushkov@lt.gpi.ru
Москва, Российская Федерация

В. М Шевлюга

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Email: glushkov@lt.gpi.ru
Москва, Российская Федерация

Б. В Андрюшечкин

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: glushkov@lt.gpi.ru
Москва, Российская Федерация

Список литературы

  1. Kikoin K.A., Mishchenko A.S. Magnetic excitations in intermediate-valence semiconductors with a singlet ground state // J. Phys. Condens. Matter. 1995. V. 7. No 2. P. 307–314. https://doi.org/10.1088/0953-8984/7/2/008
  2. Sluchanko N.E., Glushkov V.V., Gorshunov B.P, Demishev S.V., Kondrin M.V., Pronin A.A., Volkov A.A., Savchenko A.K., Grűner G., Bruynseraede Y, Moshchalkov V.V., Kunii S. Intragap states in SmB6 // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. No 15. P. 9906–9909. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.9906
  3. Akintola K., Pal A., Dunsiger S.R., Fang A.C.Y., Potma M., Saha Sh.R., Wang X., Paglione J., Sonier J.E. Freezing out of a low-energy bulk spin exciton in SmB6 // Quantum Materials. 2018. V. 3. I. 1. P. 36–1–6. https://doi.org/10.1038/s41535-018-0110-7
  4. Зюзин В.А. Эффект де Гааза–ван Альфена и гигантский температурный пик в тяжелофермионном материале SmB6 // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 120. В. 10. С. 802–807. https://doi.org/10.31857/S0370274X24110215
  5. Neupane M., Alidoust N., Xu S-Y., Kondo T., Ishida Y., Kim D.J., Liu Ch., Belopolski I., Jo Y.J., Chang T-R., Jeng H-T., Durakiewicz T., Balicas L., Lin H., Bansil A., Shin S., Fisk Z., Hasan M.Z. Surface electronic structure of the topological Kondo-insulator candidate correlated electron system SmB6 // Nat. Commun. 2013. V. 4. No 1. P. 2991–1–7. https://doi.org/10.1038/ncomms3991
  6. Li L., Sun K., Kurdak C., Allen J.W. Emergent mystery in the Kondo insulator samarium hexaboride // Nat. Rev. Phys. 2020. V. 2. I. 9. P. 463–479. https://doi.org/10.1038/s42254-020-0210-8
  7. Демишев С.В., Анисимов М.А., Воронов В.В., Гильманов М.И., Глушков В.В., Карасев М.С., Филипов В.Б., Шицевалова Н.Ю. Поверхностная проводимость топологического кондо-изолятора SmB6, легированного иттербием // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2020. Т. 493. В. 1. С. 23–28. https://doi.org/10.31857/S2686740020040057
  8. Suga S., Sakamoto K., Okuda T., Miyamoto K., Kenta K., Sekiyama A., Yamaguchi J., Fujiwara H., Irizawa A., Ito T., Kimura Sh., Balashov T., Wulfhekel W., Yeo S., Iga F., Imada S. Spin-Polarized Angle-Resolved Photoelectron Spectroscopy of the So-Predicted Kondo Topological Insulator SmB6 // J. Phys. Soc. Japan. 2014. V. 83. No 1. P. 014705–1–6. https://doi.org/10.7566/JPSJ.83.014705
  9. Hlawenka P., Siemensmeyer K., Weschke E., Varykhalov A., Sánchez-Barriga J., Shitsevalova N.Y., Dukhnenko A.V., Filipov V.B., Gabáni S., Flachbart K., Rader O., Rienks E.D.L. Samarium hexaboride is a trivial surface conductor // Nat. Comm. 2018. V. 9. No 1. P. 517–1–7. https://doi.org/10.1038/s41467-018-02908-7
  10. Zonno M., Michiardi M., Boschini F., Levy G., Volckaert K., Curcio D., Bianchi M., Rosa P.F.S., Fisk Z., Hofmann Ph., Elfimov I.S., Green R.J., Sawatzky G.A., Damascelli A. Mixed-valence state in the dilute-impurity regime of La-substituted SmB6 // Nat. Comm. 2024. V. 15. I. 1. P. 7621–1–7. https://doi.org/10.1038/s41467-024-51569-2
  11. Herrmann H., Hlawenka P., Siemensmeyer K., Weschke E., Sánchez-Barriga J., Varykhalov A., Shitsevalova N.Y., Dukhnenko A.V., Filipov V.B., Gabáni S., Flachbart K., Rader O., Sterrer M., Rienks E.D.L. Contrast Reversal in Scanning Tunneling Microscopy and Its Implications for the Topological Classification of SmB6 // Adv. Mater. 2020. V. 32. I. 10. P. 1906725–1–5. https://doi.org/10.1002/adma.201906725
  12. Matt С.E., Pirie H., Soumyanarayanan A., Yang H., Yee M.M., Chen P., Yu L., Larson D.T., Paz W.S., Palacios J.J., Hamidian M.H., Hoffman J.E. Consistency between ARPES and STM measurements on SmB6 // Phys. Rev. B. 2020. V. 101. I. 8. P. 085142–1–7. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.085142
  13. Wirth S., Schlottmann P. An STM Perspective on Hexaborides: Surface States of the Kondo Insulator SmB6 // Adv. Quantum Technol. 2021. V. 4. I. 12. P. 2100102–1–21. https://doi.org/10.1002/qute.202100102
  14. Kim D.J., Thomas S., Grant T., Botimer J., Fisk Z., Xia J. Surface Hall effect and nonlocal transport in SmB6: Еvidence for surface conduction // Sci. Rep. 2013. V. 3. I. 1. P. 3150–1–4. https://doi.org/10.1038/srep03150
  15. Crivillero M.V.A., König M., Souza J.C., Pagliuso P.G., Sichelschmidt J., Rosa P.F.S., Fisk Z., Wirth S. Systematic manipulation of the surface conductivity of SmB6 // Phys. Rev. Res. 2021. V. 3 I. 2. P. 023162–1–7. https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.023162
  16. Eo Y.S., Rakoski A., Sinha S., Mihaliov D., Fuhrman W.T., Saha S.R., Rosa P.F.S., Fisk Z., Hatnean M.C., Balakrishnan G., Chamorro J.R., Phelan W.A., Koohpayeh S.M., McQueen T.M., Kang B., Song M., Cho B., Fuhrer M.S., Paglione J., Kurdak Ç. Bulk transport paths through defects in floating zone and Al flux grown SmB6 // Phys. Rev. Mater. 2021. V. 5. I. 5. P. 055001–1–9. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.055001
  17. Syers P., Kim D., Fuhrer M. S., Paglione J. Tuning Bulk and Surface Conduction in the Proposed Topological Kondo Insulator SmB6 // Phys. Rev Lett. 2015. V. 114. I. 9. P. 096601–1–5. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.096601
  18. Kong D., Chen Y., Cha J.J., Zhang Q., Analytis J.G., Lai K., Liu Z., Hong S.S., Koski K.J., Mo S.-K., Hussain Z., Fisher I.R., Shen Z.-X., Cui Y. Ambipolar field effect in the ternary topological insulator (BixSb1–x)2Te3 by composition tuning // Nat. Nanotech. 2011. V. 6. I. 11. P. 705–709. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.172
  19. Глушков В.В., Журкин В.С., Божко А.Д., Кудрявцев О.С., Андрюшечкин Б.В., Комаров Н.С., Воронов В.В., Шицевалова Н.Ю., Филипов В.Б. Критерий поверхностного электронного транспорта в коррелированном топологическом изоляторе SmB6 // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 116, В.11. С. 770–776. https://doi.org/10.31857/S123456782223005
  20. Shitsevalova N.Yu. Crystal chemistry and crystal growth of rare-earth borides / In: D. S. Inosov (Ed.), Rare-Earth Borides. N.Y.: Jenny Stanford Publishing, 2021. Ch. 1. P. 1–238.
  21. Коваленко C.Л., Павлова Т.В., Андрюшечкин Б.В., Ельцов К.Н. Термопрограммируемый синтез монокристаллов квазисвободного N-графена из молекул ацетонитрила // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 111. В. 10. С. 697–704. https://doi.org/10.31857/S1234567820100092
  22. Madden H.H. Chemical information from Auger electron spectroscopy // J. Vac. Sci. Technol. 1981. V. 18. I. 3. P. 677–689. https://doi.org/10.1116/1.570927
  23. Joyner D.J., Hercules D.M. Chemical bonding and electronic structure of B2O3, H3BO3, and BN: An ESCA, Auger, SIMS, and SXS study // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. I. 2. P. 1095–1108. https://doi.org/10.1063/1.439251
  24. Sittler J.A., Park W.K. Self-oxidation-formed boron oxide as a tunnel barrier in SmB6 junctions // J. All. Comp. 2021. V. 874. P. 159841–1–8. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159841
  25. Zabolotnyy V.B., Fürsich K., Green R.J., Lutz P., Treiber K., Min C.-H., Dukhnenko A.V., Shitsevalova N.Y., Filipov V.B., Kang B.Y., Cho B.K., Sutarto R., He F., Reinert F., Inosov D.S., Hinkov V. Chemical and valence reconstruction at the surface of SmB6 revealed by means of resonant soft x-ray reflectometry // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. I. 20. P. 205416–1–12. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.205416

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).