Семинар по физике конденсированного состояния вещества

Московский Государственный Университет
Физический факультет

26 апреля 2017г.

 

Владимир Витальевич Глушков

(Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН)

 

«Гексаборид самария: от экситон-поляронного диэлектрика к топологическому кондо-изолятору»

 

Аннотация

В докладе обсуждаются низкотемпературные свойства гексаборида самария – классического соединения с промежуточной валентностью, в котором переходы между различными электронными конфигурациями (4f n и 4f n-1) приводят к нецелочисленной валентности самария (ок. 2.6) и, как следствие, к частичной делокализации 4f-состояний.

 

Гибридизация 4f- и 5d-электронов приводит к открытию узкой щели (19 мэВ) в зонном спектре SmB6, что позволяет отнести это соединение с кубической структурой к классу сильно коррелированных узкозонных полупроводников с аномально большими эффективными массами электронов (~30m0) и дырок (~1500m0).

 

Вопрос о природе основного состояния гексаборида самария, характеризующегося постоянными значениями удельного сопротивления ~10--100 Ом·см при T<5 K для всех исследованных монокристаллических образцов, оказывается не тривиален.

С одной стороны, переход к примесной (5<T<15 К) проводимости с малой энергией активации 3-6 мэВ указывает на формирование экситон-поляронных комплексов, возникающих в режиме быстрых 4f-5d зарядовых флуктуаций в окрестности ионов Sm, что позволяет сопоставить низкотемпературную «металлизацию» образцов ниже 5 К с переходом в состояние электронно-дырочной жидкости.

С другой стороны, инвертированное расположение 4f- и 5d-зон относительно запрещенной зоны SmB6 привело к развитию модели топологического кондо-изолятора, в которой остаточное удельное сопротивление SmB6 определяется электронным переносом по поверхностному металлическому слою.

 

В докладе показано, что корректный анализ низкотемпературных транспортных свойств гексаборида самария требует идентификации различных механизмов объемного и поверхностного зарядового транспорта с учетом возможного формирования полярных состояний Sm2+/Sm3+ и вклада поверхностной проводимости, связанной с эффектом поля в SmB6.