Ангармонизм фононов в монокристаллах Bi2Se3 / Абдуллаев Н.А., Бадалова З.И., Алигулиева Х.В., Аждаров Г.Х.

Abstract

Изучено комбинационное рассеяние света в слоистых монокристаллах Bi2Se3 в широкой области температур 5-300К. Известно, что вклад теплового расширения в температурную зависимость частот КР-активных фононов в сильноанизотропных молекулярных кристаллах [1] и слоистых кристаллах, например GaS [2], существенно зависит от характера связей атомов в кристаллической решётке. Для фононов, частота которых определяется слабой межслоевой связью типа ван-дер-Ваальса, в основном (на 75%) изменение частоты фонона с температурой обусловлено вкладом теплового расширения, т.е. изменением параметров решётки, для внутрислоевых фононов изменение частоты фононов с температурой, главным образом, обусловлено “чистым” фононфононным взаимодействием. Из исследований температурной зависимости КР-активных фононов выявлено, что вклад теплового расширения в изменение “внутрислоевых” частот 2 E g и 2 A1g с температурой достаточно велик и превышает 50%. Из этого следует, что анизотропия сил связей в Bi2Se3 намного меньше, чем в других халькогенидных слоистых кристаллах, например, в GaS и GaSе. Предполагается, что это возможно обусловлено сильным спин-орбитальным взаимодействием в кристаллах Bi2Se3, отсутствующим в слоистых кристаллах типа GaS, вносящим свой вклад в межслоевое взаимодействие. Данные о слабой анизотропии упругих свойств кристаллов Bi2Se3 подтверждают это предположение. Выявлена закономерность в зависимости величин частот КР-активных фононов в монокристаллах Bi2Te3, Bi2Se3 и Sb2Te3 от масс атомов. Показано, что при синфазном колебании пар атомов Se(1)-Bi в приближении линейной цепочки для низкочастотных мод 1 E g и 1 A1g можно считать массу М равной сумме масс атомов M=mBi+mSe, а при противофазных колебаниях для высокочастотных мод 2 E g и 2 A1g масса М равна приведённой массе μ (1/μ=1/mBi+1/mSe). Вычислены модовые параметры Грюнайзена j для мод 2 E g и 2 A1g.