Estudo das propriedades de transporte elétrico em nanoestruturas compostas de Bi2Te3 e de PbTe

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: FONSECA, Karine Bolaños da
• Orientador(a): PERES, Marcelos Lima
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Materiais para Engenharia
• Departamento: IFQ - Instituto de Física e Química
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: PbTe; Transição metal–isolante; Bi2Te3; Isolante topológico; Efeito Rashba
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALÚRGICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3529

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.