我们提出了一个相结合的实验和理论研究的低温费米面的碲化铅,碲化铅,空穴引入时,通过钠取代铅网站的演变。我们的Shubnikov-de-Haas测量适用于载流子浓度高达$9.4\times10^{19}$ cm $^{-3}$的样品(0.62 Na原子$\%$)的费米面演化的定性特征(拓扑结构和有效质量),通过我们在广义梯度近似(GGA)内的密度泛函(DFT)计算预测:我们在低和中等载流子浓度下获得了完美的椭圆形L-口袋,对于所研究的最高掺杂,回旋有效质量随掺杂浓度单调增加,表明在整个能带中偏离了理想抛物线。然而,我们的测量结果表明,标准的DFT计算低估了L点和$Σ$ -线价带最大值之间的能量差,因为我们的数据是一致的,在整个掺杂范围内的研究,而计算预测的$Σ$ -口袋在更高的掺杂占领一个单一的费米表面口袋的占领。我们的结果为低和中间的组合物是一致的非抛物线凯恩模型的色散,其中的L-口袋是固定的各向异性在整个频带的椭球体,但有效质量强烈依赖于费米能量。
英文摘要:
We present a combined experimental and theoretical study of the evolution of the low-temperature Fermi surface of lead telluride, PbTe, when holes are introduced through sodium substitution on the lead site. Our Shubnikov-de-Haas measurements for samples with carrier concentrations up to $9.4\times10^{19}$cm$^{-3}$ (0.62 Na atomic $\%$) show the qualitative features of the Fermi surface evolution (topology and effective mass) predicted by our density functional (DFT) calculations within the generalized gradient approximation (GGA): we obtain perfect ellipsoidal L-pockets at low and intermediate carrier concentrations, evolution away from ideal ellipsoidicity for the highest doping studied, and cyclotron effective masses increasing monotonically with doping level, implying deviations from perfect parabolicity throughout the whole band. Our measurements show, however, that standard DFT calculations underestimate the energy difference between the L-point and $Σ$-line valence band maxima, since our data are consistent with occupation of a single Fermi surface pocket over the entire doping range studied, whereas the calculations predict an occupation of the $Σ$-pockets at higher doping. Our results for low and intermediate compositions are consistent with a non-parabolic Kane-model dispersion, in which the L-pockets are ellipsoids of fixed anisotropy throughout the band, but the effective masses depend strongly on Fermi energy.
Shubnikov de Haas (SdH) Oscillation in Self-Flux Grown Rhombohedral Single Crystalline Bismuth
20世纪50年代末,J.S. Dhillon和D.本文通过铋晶体的单晶相,重新讨论了纯铋和锌金属中的Shoenberg,这是根据Shubnikov de Haas振荡预测的电阻率观察到的。横向磁场振荡的发生证实了费米面的存在。采用固相反应法在优化的热处理条件下生长了铋单晶,并通过XRD、SEM和EDAX等分析手段确认了铋单晶的纯度和结构相。
Role of Se vacancies on Shubnikov de Haas oscillations in Bi2Se3: a combined magneto-resistance and positron annihilation study
磁电阻测量加上正电子寿命测量,以表征空位型缺陷,已进行了拓扑绝缘体(TI)系统Bi 2 Se 3,不同的Se/Bi的比例。在4 K至10 K温度范围内,在高达15 T的磁场中进行测量时,在标称Bi2Se3.1晶体中观察到明显的Shubnikov de Haas(SdH)振荡,磁场垂直于晶体的(001)平面。量子振荡,二维电子结构的特征,被认为只有在晶体中,具有较低浓度的硒空位,从正电子湮没光谱推断。
Pressure-induced phase switching of the Shubnikov de Haas oscillations in molecular Dirac fermion system $α-$(BETS)$_{2}$I$_{3}$
本文报道了1.7 K时准二维分子导体$α-$(BETS)$_{2}$ I $_{3}$ [BETS:bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene]在聚酰亚胺薄膜上的Shubnikov de Haas(SdH)振荡。从SdH相因子,我们实验验证了该材料在压力下是在狄拉克费米子相。$α-$(BETS)$_{2}$ I $_{3}$处于强关联绝缘相和狄拉克费米子相之间的相变附近,是常压分子狄拉克费米子系统的可能候选者。然而,SdH振荡表明,Berry相在环境压力下为零。在压力下,当金属-绝缘体交叉几乎被抑制在$\sim$ 0.5 GPa时,出现$π$ Berry相。结果对比的先驱分子狄拉克费米子系统$α-$(BEDT-TTF)$_{2}$ I $_{3}$ [BEDT-TTF:双(亚乙基二硫代)四硫富瓦烯]狄拉克费米子和半导体行为同时观察。
FIB synthesis of Bi2Se3 1D nanowires demonstrating the co-existence of Shubnikov-de Haas oscillations and linear magnetoresistance
自从拓扑绝缘体(TI)被发现以来,人们对金属表面态及其对背散射的屏蔽特性以及通过制备纳米器件来研究其纳米尺度下的性质产生了极大的兴趣。在这里,我们解决了一个重要的科学问题,有关TI是否可以清楚地证明拓扑表面状态(TSS)的鲁棒性存在的障碍,不打破任何基本的对称性。FIB研磨的简单直接的方法被用来合成Bi 2Se 3的纳米线,我们认为这是一个有趣的路线来测试TSS的鲁棒性,并获得的结果是新的相比,许多早期的论文在TI的量子传输证明金属SS的镓掺杂的鲁棒性。在垂直磁场作用下,我们观察到了Shubnikov de Haas振荡和线性磁电阻的共存,并对不同沟道长度下的线性磁电阻进行了系统的研究。这里所示的传输特性和估计的物理参数表明SS的制造工具的鲁棒性,触发灵活性,以探索新的奇异量子现象在纳米器件水平。
Bulk Fermi surface coexistence with Dirac surface state in Bi$_2$Se$_3$: a comparison of photoemission and Shubnikov-de Haas measurements
Shubnikov de Haas(SdH)振荡和角分辨光电子能谱(ARPES)被用来探测Bi 2Se 3单晶的费米面。我们发现,SdH和ARPES探针定量同意测量的有效质量和散装带色散。在高载流子密度的样品中,两个探针也同意在费米能级EF的确切位置,但对于较低的载流子密度的样品的差异出现在EF的位置。特别是,SdH揭示了载流子密度低至10^17cm-3的样品的体三维费米表面。我们提出了一个简单的机制来解释这些差异,并讨论了现有的和未来的拓扑绝缘体输运研究的后果。
Shubnikov-de Haas oscillations from topological surface states of metallic Bi$_2$Se$_{2.1}$Te$_{0.9}$
研究了p型金属Bi $_2$ Se $_{2.1}$ Te $_{0.9}$电导率的量子振荡。的依赖关系的振荡的角度上的磁场与表面以及确定的Berry相位从朗道水平风扇图表明,所观察到的振荡产生的表面载流子的特性狄拉克色散。表征表面导电的几个量计算采用Lifshitz-Kosevich理论。相对于狄拉克点的费米能的低值与体空穴载流子的金属特性是一致的。我们的结论是,由于特殊的形状的价带,Shubnikov-de Haas振荡的散装载流子被转移到更高的磁场,这允许检测的量子振荡的拓扑表面态在较低的字段。
Field-dependent Shubnikov-de Haas oscillations in ferromagnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2
本文报道了高质量铁磁Weyl半金属Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$单晶中Shubnikov-de Haas振荡的研究。在我们的实验中解决的费米表面是三维的,反映了一个潜在的三角晶体对称性。结合密度泛函理论计算,我们确定,大多数的费米表面在系统中-电子和空穴的性质-产生强的能量色散的(自旋轨道间隙)镜保护的节环。我们观察到,一个平面内的磁场诱导费米面的连续演化,与场垂直于kagome晶格平面,这几乎没有影响。沿着系统的易轴各向异性,我们的观察揭示了Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的电子结构的演变-包括外尔点-与铁磁矩取向。通过对Co $_3$ Sn $_2$ S $_2$的实例研究,我们的结果提供了具体的实验证据,证明了在半金属和金属磁性拓扑系统中,磁性自由度和电子能带奇异性之间通过自旋轨道耦合的各向异性相互作用。
Shubnikov-de Haas oscillations of two-dimensional electron gases in AlYN/GaN and AlScN/GaN heterostructures
Cornell University(康奈尔大学);Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics IAF(弗劳恩霍夫应用固态物理研究所);Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science(康奈尔纳米科学卡弗里研究所)
Fermi-surface studies of altermagnetic CrSb from Shubnikov-de Haas oscillations
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心);Technische Universität Dresden(德累斯顿工业大学);Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems(马克斯·普朗克复杂系统物理研究所);Universidad del Norte(北大学)