Письма в ЖЭТФ, том 111, вып. 3, с. 166 - 172

Влияние ко-допирования барием на сверхпроводимость в Sr_xBi₂Se₃

А. Ю. Кунцевич^+∗1), Г. В. Рыбальченко⁺, В. П. Мартовицкий⁺, М. И. Банников⁺, Ю. Г. Селиванов⁺,

С. Ю. Гаврилкин⁺, А. Ю. Цветков⁺, Е. Г. Чижевский⁺

⁺ Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, 119991 Москва, Россия

^∗Московский физико-технический институт, 141700 Долгопрудный, Россия

Поступила в редакцию 9 декабря 2019 г.

После переработки 18 декабря 2019 г.

Принята к публикации 18 декабря 2019 г.

Структурная причина сверхпроводимости в допированном атомами Cu, Sr, или Nb топологическом

изоляторе Bi2Se3 на сегодняшний день не понятна. Для продвижения в ее понимании в данной работе

был реализован подход ко-допирования, и выращены монокристаллы Bay SrxBi2Se3 с различными x и

y. Изучался состав, структурные и транспортные свойства полученных кристаллов. На основе рентге-

новских данных показано, что барий и стронций интеркалируют систему, при том что барий входит

в структуру в очень малых количествах. Удивительным образом добавление бария разрушает сверх-

проводимость, практически не меняя ни постоянных решетки, ни уровня легирования кристаллической

матрицы стронцием, ни концентрации электронов. Таким образом, показана ключевая роль определен-

ного координационного расположения атомов стронция между пятислойками Bi2Se3 для достижения

сверхпроводимости в данном материале.

DOI: 10.31857/S0370274X20030054

Согласно теории сверхпроводимости (СП)

Майораны. Состояние этой области знаний наиболее

Бардина-Купера-Шрифера (БКШ) [1], критическая

полным образом отражено в обзоре [15].

температура сверхпроводящего перехода T_c должна

На структурном уровне данная СП остается

экспоненциально зависеть от плотности состояний

загадкой. Открытыми являются многие лежащие

на уровне Ферми. В этой связи наблюдение сверхпро-

на поверхности вопросы. Например, почему только

водимости с T_c ∼ 3 K в электронно-допированных

определенные допанты вызывают СП в Bi₂Se₃, в то

узкозонных полупроводниках A_xBi₂Se₃ (A= Cu, Sr,

время как другие - нет? Где эти допанты находят-

Nb) [2-4], где заполнено только самое дно зоны

ся в решетке? Большинство исследований указывает,

проводимости, является очень загадочным.

что атомы металлической примеси находятся меж-

В работах [5, 6] было предположено, что эта

ду квинт-слоями Bi₂Se₃ [16-18], хотя неизвестно, ка-

необычная СП демонстрирует спаривание с нечет-

кое конкретное координационное положение они за-

ной четностью (триплетное p-волновое). При этом

нимают, и почему это приводит к СП. Чтобы про-

само спаривание осуществляется за счет фононов с

двинуться в разрешении этих вопросов, мы исследу-

малым k [7-9]. В пользу этих предположений сви-

ем систему Bi₂Se₃, допированную стронцием. Имен-

детельствует ряд феноменологических наблюдений:

но Sr_xBi₂Se₃ обладает наилучшим кристаллическим

(i) нематичность сверхпроводимости, т.е. возникно-

совершенством (подтвержденным рентгеновской ди-

вение направления наибольшего значения критиче-

фрактометрией), близким к 100 % объему СП фазы,

ского поля H_c2, явно нарушающего тригональную

наилучшей однородностью и стабильностью [19-21].

симметрию, присущую кристаллу [4, 10, 11], в част-

Хотя Cu_xBi₂Se₃ был открыт первым и активно ис-

ности, возникновение овальных вихрей Абрикосова

следовался, он достаточно неоднороден [12], имеет

[12]; (ii) возникновение дополнительного сдвига Най-

малую долю СП объема [16], и демонстрирует дегра-

та ниже T_c, также нематического [13], и указываю-

дацию СП-свойств во времени [3]. Данные по допиро-

щего на ненулевой спин куперовских пар; (iii) осо-

ванному ниобием Bi₂Se₃, полученные разными груп-

бенность в туннельных характеристиках при нуле-

пами, достаточно противоречивы [4, 17], в частности,

вом смещении [12, 14], приписываемая фермионам

хороших монокристаллов без примеси дополнитель-

ных фаз не было продемонстрировано до сих пор.

Для известных слоистых высокотемпературных

¹⁾e-mail: alexkun@lebedev.ru

сверхпроводников, таких как YBa₂Cu₃O_7-x или

166

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

Влияние ко-допирования барием на сверхпроводимость в Sr_xBi₂Se₃

167

Таблица 1. Сравнительная таблица элементного состава, транспортных свойств и структрных параметров выращенных кристал-

лов. NSC означает отсутствие сверхпроводимости. Критическая температура определялась по середине резистивного перехода.

RRR - отношение сопротивлений при 300 и 4 К; c₍₀₀₁₅₎ - постоянная решетки c, определенная по рефлексу (0 0 15); a₍₂₀₅₎ -

постоянная решетки a, определенная по рефлексу (2 0 5) с использованием величины c₍₀₀₁₅₎

Обр.

Номинальный

Состав

n_Hall(4 K),

µHall(4 K),

Tc,

RRR

c₍₀₀₁₅₎,

a(205) ,

состав

крист. фазы

10¹⁹см^-2

см²/Вс

272

Bi₂Se₃

Bi_2.07Se₃

0.8

2000

NSC

1.7

28.6343

4.1395

306

Sr_0.1Bi₂Se₃

Sr_0.017 Bi_2.01Se₃

2.2

700

2.7

1.85

28.6596

4.141

317

Sr_0.16 Bi₂Se₃

Sr_0.015 Bi_1.98Se₃

2.1

550

2.7

1.4

28.655

4.141

312

Ba_0.01Sr_0.09 Bi₂Se₃

Sr_0.014 Bi_2.07Se₃

3.3

280

NSC

1.6

28.6535

4.1397

319

Ba_0.01Sr_0.19 Bi₂Se₃

Sr_0.015 Bi_2.02Se₃

1.6

550

2.7

1.45

28.6538

4.1405

307

Ba_0.03Sr_0.07 Bi₂Se₃

Sr_0.014 Bi_1.90Se₃

360

NSC

1.35

28.6512

4.1400

326

Ba_0.03Sr_0.19 Bi₂Se₃

Sr_0.015 Bi_2.00Se₃

1.4

300

NSC

1.3

28.651

4.1398

309

Ba_0.08Bi₂Se₃

Bi_1.91Se₃

2.8

180

NSC

1.2

28.645

4.1395

316

Ba_0.15Bi₂Se₃

Bi_2.07Se₃

0.8

500

NSC

1.45

28.6492

4.1396

Ba_xK_1-xFe₂As₂, настройка СП свойств осуществля-

Мы вырастили серию кристаллов с различным

ется степенью легирования x. Степень легирования

номинальным составом Ba_ySr_xBi₂Se₃ при помощи

определяет главным образом положение уровня

модифицированного метода Бриджмана из элемен-

Ферми, т.е. плотность состояний на нем. Это, в

тарных компонентов (Bi и Se чистоты 99.999 % , Sr и

соответствии с теорией БКШ, и определяет T_c.

Ba чистоты 99.95 %). Химические элементы в требу-

Характерные значения концентрации носителей

емом мольном соотношении были загружены в квар-

составляют несколько × 0.1 штук на элементарную

цевые ампулы в перчаточном боксе с инертной ат-

ячейку. В СП допированных халькогенидах вис-

мосферой, откачаны и запаяны. Синтез производил-

мута ситуация другая: концентрация на порядки

ся при 850^◦C в течение 24 ч, с периодическим по-

величины ниже, а такого параметра химического

качиванием ампулы. Потом расплав охлаждался до

состава, который бы управлял концентрацией и

620^◦C со скоростью ∼ 2^◦C/ч с последующим отжи-

сверхпроводимостью пока не найдено.

гом при 620^◦C в течении 48 ч и закалкой в ледяной

Для СП Sr_xBi₂Se₃ ранее было установлено [2, 19],

воде. Кристаллы обладали блестящей поверхностью

что усредненный химический состав соответствует

и легко скалывались вдоль базальной плоскости (см.

Sr_0.07Bi₂Se₃ и слабо чувствителен к номинальному

работу [23]). Результаты исследования полученных

содержанию стронция x (для 0.1 < x < 0.2). Ча-

кристаллов разными методиками собраны в табл. 1

стичная замена халькогена (Se на S) слабо влияет

обсуждаются далее.

на транспортные свойства, включая СП. Добавка Cu

Поверхности скола (001) для всех кристаллов

[20] увеличивает холловскую концентрацию носите-

изучались в сканирующем электронном микроско-

лей, но в конечном итоге подавляет сверхпроводи-

пе (СЭМ) с последующим картированием элементно-

мость. Более того, сам по себе факт наличия СП

го состава при помощи энерго-дисперсионного рент-

сильно зависит от условий роста кристаллов [21, 22].

геновского анализатора (EDX - Energy Dispersive

Таким образом, проблема настройки этой системы и

X-Ray Analysis). Мы использовали микроскоп Jeol

понимания лежащей в ее основе структуры остается

JSM-7001F SEM с EDX анализатором INCAx-act

открытой.

производства фирмы Oxford Instruments. Ускоряю-

В нашей работе мы попробовали новую страте-

щее напряжение для построения изображений, кар-

гию: частичное замещение Sr на другой щелочнозе-

тирования и определения элементного состава со-

мельный элемент Ba. Ионный радиус Ba²⁺ в октаэд-

ставляло 25 кВ, ток пучка 0.1 мА.

рическом окружении (1.35Å) заметно больше чем у

Для не ко-допированных образцов Sr_xBi₂Se₃

Sr²⁺ (1.18Å) и Bi³⁺ (1.03Å). Поэтому мы полагали,

плоскость скола имела некоторые морфологические

что добавка Ba не затронет узлы решетки и помо-

неидеальности, как показано на рис. 1a. Карты

жет раздвинуть щель между квинт-слоями в слои-

элементов (рис. 1b-d) показывают, что стронций

стой структуре Bi₂Se₃, тем самым изменив как вхож-

распределен неравномерно и концентрируется в

дение стронция, так и все остальные свойства в z-

местах выделений второй фазы. Как мы показали

направлении.

ранее в работе [20], именно основной объем кри-

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

168

А. Ю. Кунцевич, Г. В. Рыбальченко, В. П. Мартовицкий и др.

Рис. 1. (Цветной онлайн) (a)

- СЭМ изображение

1)-скола образца

# 306

номинального соста-

ва Sr0.1Bi2Se3 с картами распределения элементов

(b)-(d). Кружки показывают пример структурно-

Рис. 2. (Цветной онлайн) (a)

- СЭМ-изображение

выделяющихся области с избытком Sr

(001)-скола образца

# 312

(номинальный состав

Ba0.01Sr0.1Bi2Se3). Рамка показывает область, в кото-

рой делалось картирование. (b) - Область картирова-

сталла, а не обогащенные стронцием области второй

ния с большим увеличением и примеры точек, в ко-

фазы, дают вклад в рентгеновскую дифракцию и

торых анализировался состав (крестиками); (c)-(f) -

СП.

карты элементов

Чтобы найти состав этой кристаллической фазы,

мы брали выборку из примерно 20 точек в тех местах

образца (пример показан крестиками на рис.2b), в

яснимо отсутствие Ba в основном теле кристалла с

которых не наблюдалось сегрегации металлической

точностью разрешения элементного анализа. Более

примеси. Состав в каждой точке определялся накоп-

интересно другое: добавление Ba в систему слегка

лением спектра в течении 40 мин, далее проводилось

уменьшает содержание Sr и визуально подавляет

усреднение по точкам. Определенный таким образом

образование богатых Sr микровключений: состав

состав показан в колонке “Состав крист. фазы” таб-

кристаллической фазы в образце

#312 соответ-

лицы 1. Для не ко-допированных образцов этот со-

ствует примерно ∼ Sr0.014Bi2Se3. Эти наблюдения

став примерно соответствует ∼ Sr_0.02Bi₂Se₃, что су-

означают, что добавление Ba слегка подавляет

щественно отличается от номинального.

вхождение Sr в кристаллическую фазу Bi₂Se₃ и

Сколы допированных (и ко-допированных Ba)

делает распределение атомов Sr в матрице более

кристаллов выглядят похожим образом. Энерго-

однородным.

дисперсионный анализ далеко не сразу обнаружил

Также были выращены кристаллы Ba_yBi₂Se₃ с

барий вдоль ступеней сколов. После поисков с

большим номинальным содержанием Ba (y = 0.07

уменьшением масштаба сканирования нам уда-

и 0.15 для образцов #309 и #316 соответственно).

лось обнаружить области в кристалле, в которых

В этих образцах барий также не обнаруживался в

барий сегрегируется. На рисунке 2 показано СЭМ-

объеме кристаллов, а был найден только во включе-

изображение (панели a, b) и карты элементов

ниях. Это показывает, что барий даже без стронция

(панели (c)-(e)) скола образца # 312 с номинальным

крайне слабо растворим в твердой фазе Bi₂Se₃. Дан-

составом Ba_0.01Sr_0.1Bi₂Se₃. Содержание Ba в сегрега-

ный факт показывает, что, вероятно, именно боль-

тах составляет до 6 ат. %, в то время как номинальное

шой ионный радиус Ba препятствует его вхождению

его содержание 0.2 ат.%. Таким образом, легко объ-

в интеркалирующее положение, в то время как Sr

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

Влияние ко-допирования барием на сверхпроводимость в Sr_xBi₂Se₃

169

Рис. 3. (Цветной онлайн) (а)-(d) - Обзорные 2θ/ω диффрактограммы кристаллов различных составов, выращенных в

данной работе. Составы указаны на панелях. На панели (b) дополнительно показаны пики от другой фазы; (e) - 2θ/ω

кривые высокого разрешения на рефлексе (0 0 15), снятые для тех же образцов с третьим кристаллом-анализатором;

(f) - кривые φ-сканирования на асимметричных рефлексах с симметрией третьего порядка для Sr0.1Bi2Se3 образца

(сверху) и Ba0.07Bi2Se3 образца (снизу)

способен занимать координационные позиции внутри

быточном количестве (например # 316, см. рис. 3с),

между квинт-слоями Bi₂Se₃ растущего кристалла.

наиболее разупорядочены.

Для выявления структурных особенностей леги-

Для количественной характеризации влияния

рованных Ba кристаллов были выполнены рентген-

примесей на структуру производилась настройка

диффрактометрические исследования. Хотя струк-

на наиболее интенсивные блоки, как объяснено в

тура кристалла тригональная (группа R3m), из-за

[23, 24], и измерялись 2θ/ω - кривые на рефлексах

слоистого строения, для описания структуры удоб-

(205),

(0015),

(1115) с третьим кристаллом-

нее использовать гексагональные обозначения для

анализатором. Примеры таких кривых для (0 0 15)

кристаллографических плоскостей (a b c), в которых

рефлекса показаны на рис. 3e. Отметим, что угловое

опускается третий индекс i ≡ -a - b.

положение пика рефлекса однозначно определяет

Обзорные 2θ сканы кристаллов различного соста-

значение параметра решетки c. Хорошо видно,

ва приведены на рис.3a-d. Узкие линии показывают

что постоянная решетки c кристалла Sr_0.1Bi₂Se₃

высокое структурное совершенство и ромбоэдриче-

наибольшая, а Bi₂Se₃ - наименьшая. Известно, что

скую структуру типа тетрадимита. В образцах с вы-

в Sr_xBi₂Se₃ насыщение концентрации стронция и

соким номинальным составом бария (y ∼ 0.07-0.15)

максимальное значение постоянной решетки c реа-

лизуются при номинальном x > 0.06 [2]. Добавление

образуется вторая фаза. Введение Sr в бинарный

Bi₂Se₃ приводит к ухудшению структурного совер-

бария при той же самой суммарной концентрации

шенства кристаллической фазы, что видно по отно-

x + y = 0.1 заметно понижает значение парамет-

сительному убыванию интенсивности (0 0 n) рефлек-

ра решетки вдоль оси c. Так как ионный радиус

сов с большим n. Интересно, что в кристаллах c од-

Ba больше, это можно объяснить только пониже-

новременным легированием Ba и Sr структурное со-

нием результирующей концентрации стронция в

вершенство подрастает (см. рис.3d). Это согласуется

кристалле.

с тем, что барий препятствует образованию микров-

Но даже в кристалле с барием без стронция,

ключений богатой стронцием второй фазы. Тем не

где элементный анализ не находит бария, постоян-

менее, образцы, допированные только барием в из-

ная решетки вдоль c все же существенно больше,

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

170

А. Ю. Кунцевич, Г. В. Рыбальченко, В. П. Мартовицкий и др.

чем в Bi₂Se₃. При этом полуширина кривой 2θ/ω-

допированном образце # 319 находится в пределах

сканирования возрастает от Δ(2θ)₍₀₀₁₅₎ = 0.009^◦ для

разброса T_c, характерного для данного материала

чистого Bi₂Se₃ до Δ(2θ)₍₀₀₁₅₎ = 0.025^◦ для легиро-

(см. рис. 6b в [20]). Медленное спадание сопротивле-

ванного барием образца. Поскольку параметр решет-

ния образце # 319 говорит о радикальном уменьше-

ки в базисной плоскости a₍₂₀₅₎ в нелегированном и

нии доли СП фазы.

легированном барием образцах практически один и

Все образцы демонстрировали разумно близкие

тот же (см. табл.1), то можно сделать вывод, что

значения подвижности и сходные значения RRR ∼

барий в некоторых количествах с трудом и неодно-

1.5 (residual-resistance ratio, или отношения сопро-

родно все же входит в интеркалированные позиции

тивления при 300 K к сопротивлению при гелие-

между квинт-слоями. В тех же образцах с барием на-

вой температуре). Это согласуется с сегрегацией ба-

блюдалось появление 60^◦ двойников, видное из по-

рия: он выпадает в крупные и редко расположен-

явления трех дополнительных пиков на кривой φ-

ные включения, так что на нано- и микро- уровне

сканирования (рис. 3f). Все эти наблюдения подтвер-

не происходит увеличения числа рассеивающих цен-

ждают, что барий препятствует вхождению стронция

тров. Следует отметить, что образцы состоят из бло-

в решетку, а сам входит в очень небольших количе-

ков, а их сопротивление включает в себя сопротивле-

ствах.

ние как самого тела кристалла так и, существенно,

Также на всех образцах производились транс-

межблочных границ [20, 23]. Это приводит к тому,

портные измерения: выкалывался прямоугольный

что наблюдаемые значения RRR и подвижности мо-

кристалл (типично 5 × 1 × 0.3 мм³), измерялся эф-

гут отличаться на 25-30 % даже у образцов, выко-

фект Холла в полях до 2 Тл и удельное сопротивле-

лотых из одного кристалла. Соответственно, делать

ние. Измерения проводились в диапазоне 1.8-300 К

количественные выводы из значений µ и RRR неце-

на переменном токе (∼ 100 мкА частотой 30-170 Гц)

лесообразно.

в криостатах PPMS-9 и CFMS-16. Сопротивления

Холловская концентрация слабо зависит от кон-

контактов составляли десятки Ом. Примеры зави-

кретного расположения блоков в образце, а также

симостей сопротивления от температуры показаны

от температуры. Это значит, что уровень Ферми на-

на рис. 4a, b. Видно, что барий подавляет сверхпро-

дежно лежит в зоне проводимости вдали от примес-

ных уровней. В образце # 316, легированном толь-

ко барием, наблюдалось даже некоторое уменьше-

ние концентрации по сравнению с Sr_xBi₂Se₃. Срав-

нительно высокое структурное качество и сопоста-

вимые электронные параметры видны и по наблю-

дениями осцилляций Шубникова-де‘Гааза (рис. 4c).

В ко-допированных и не ко-допированных образцах

осцилляции наступают в одинаковом поле и име-

ют близкие частоты. Все эти данные указывают на

то, что за сверхпроводимость и частично концен-

трацию отвечает размещение стронция в определен-

ных местах решетки. Барий уменьшает концентра-

цию стронция, и, как это следует из рентгеновских

данных, частично входит в решетку сам, так что ито-

говое изменение концентрации незначительно. Это

означает, что для СП ключевым фактором является

не положение уровня Ферми, а некоторая специфиче-

Рис. 4. (Цветной онлайн) (а) - Температурные зависи-

ская структура в расположении примесных атомов.

мости удельного сопротивления нескольких выбороч-

Обсуждение результатов.Таким образом, ес-

ных кристаллов различных составов. Составы указа-

ли все предыдущие работы сообщали о кристал-

ны на панелях. (b) - Увеличенная низкотемператур-

ная часть. (с) - Примеры магнитополевых зависимо-

лах Sr_xBi₂Se₃, в которых фактически концентрация

стей сопротивления при температуре 2 K с осцилляци-

стронция определялась его растворимостью в кри-

ями Шубникова-де Гааза для образцов # 306 и # 319

сталлической фазе и никак не управлялась, в настоя-

щей работе нам удалось продемонстрировать неболь-

водимость, не меняя существенно температуры СП

шое уменьшение концентрации стронция, реализо-

перехода. Небольшой сдвиг начала перехода в ко-

ванное при помощи ко-допирования. Как следует

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

Влияние ко-допирования барием на сверхпроводимость в Sr_xBi₂Se₃

171

из наших данных, сверхпроводимость подавляется.

стронция в кристаллической фазе, сам входит в

Стоит отметить, что подавление СП не сопровожда-

решетку в очень малых количествах, но при этом

ется измением T_c. Для объяснения столь необычных

сильно подавляет сверхпровоимость. Холловская

свойств нельзя, конечно, полностью исключить воз-

концентрация и постоянная c решетки мало чув-

можность упорядочения стронция на субмикронном

ствительны к добавкам бария. Это свидетельствует,

уровне. Тогда кажущееся однородным распределе-

что в отличие от других сверхпроводящих систем,

ние в картах элементов, таковым на самом деле мо-

для Sr_xBi₂Se₃ ключевым явлется не концентрация

жет и не являться. Установить такую возможность

допантов или свободных носителей, а определен-

даже с сегодняшним уровнем развития аналитиче-

ная структурная конфигурация атомов металла в

ских методик представляется весьма сложной зада-

Ваальсовой щели между квинт-слоями.

чей. Действительно, стронция в “сверхпроводящих”

Исследования выполнены в Центре колллектив-

позициях в кристалле крайне мало (меньше 0.4 ат. %)

ного пользования ФИАН.

и он находится между квинт-слоями Bi₂Se₃, т.е. име-

Работа поддержана грантом Российского научно-

ет довольно слабые связи с решеткой. При этом, по-

го фонда #17-12-01544.

явление СП, по-видимому, все же тонко связано и с

уровнем концентрации Sr в матрице. Действительно,

J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer, Phys.

в ко-допированных образцах при одинаковой номи-

Rev. 108, 1175 (1957).

нальной концентрации бария y = 0.01 сверхпроводи-

Z. Liu, X. Yao, J. Shao, M. Zuo, L. Pi, S. Tan, C. Zhang,

мость появляется при увеличении номинального со-

and Y. Zhang, J. Am. Chem. Soc. 137, 10512 (2015).

става стронция с x = 0.09 до x = 0.19 (см. образцы

Y. S. Hor, A. J. Williams, J. G. Checkelsky, P. Roushan,

#312 и 319 в табл.1.).

J. Seo, Q. Xu, H. W. Zandbergen, A. Yazdani, N. P. Ong,

Оставщийся элемент в ряду щелочноземельных,

and R. J. Cava, Phys. Rev. Lett. 104, 057001 (2010).

которым можно допировать систему Bi₂Se₃ - это

T. Asaba, B. J. Lawson, C. Tinsman, L. Chen,

кальций (Be, Mg и Ra не рассматриваем, как уже

P. Corbae, G. Li, Y. Qiu, Y. S. Hor, L. Fu, and L. Li,

очень радикально отличающиеся по свойствам). Он

Phys. Rev. X 7, 011009 (2017).

имеет самый маленький радиус, поэтому, как пока-

L. Fu and E. Berg, Phys. Rev. Lett. 105, 097001 (2010).

зано в работах [25, 26], не только попадает между

L. Fu, Phys. Rev. B 90, 100509(R) (2014).

квинт-слоями Bi₂Se₃, но и замещает висмут в самих

X. Wan and S. Y. Savrasov, Nat. Commun. 5, 4144

квинт-слоях, приводя к p-типу проводимости. Каль-

(2014).

ций также имеет тенденцию к сегрегации [25]. Мы по-

P. M. R. Brydon, S. Das Sarma, H.-Y. Hui, and

лагаем поэтому, что кальций, как ко-допант, не будет

J. D. Sau, Phys. Rev. B 90, 184512 (2014).

способствовать возникновению СП в Sr_xBi₂Se₃ систе-

J. Wang, K. Ran, S. Li, Z. Ma, S. Bao, Z. Cai, Y. Zhang,

ме. Наша работа выявляет общую тенденцию в ряду

K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, P.

Čermàk,

щелочноземельных допантов Bi₂Se₃: кальций - са-

A. Schneidewind, S. Y. Savrasov, X. Wan, and J. Wen,

мый маленький, размещается не только между слоя-

Nat. Comm. 10, 2802 (2019).

ми, но также замещает висмут, стронций - побольше,

10.

Y. Pan, A. M. Nikitin, G. K. Araizi, Y.K. Huang,

Y. Matsushita, T. Naka, and A. de Visser, Sci. Rep.

уже не залезает в сами квинт-слои, но интеркали-

6, 28632 (2016).

рует, барий - самый большой, уже практически не

11.

S. Yonezawa, K. Tajiri, S. Nakata, Y. Nagai, Z. Wang,

интеркалирует (мало растворим в твердой фазе тет-

K. Segawa, Y. Ando, and Y. Maeno, Nature Phys. 13,

радимитовой структуры). Следует заметить, что за-

123 (2017).

мещение висмута довольно характерно для металли-

12.

R. Tao, Y.-J. Yan, X. Liu, Z.-W. Wang, Y. Ando,

ческих примесей в данной системе [27], и то что для

Q.-H. Wang, T. Zhang, and D.-L. Feng, Phys. Rev. X

щелочноземельных металлов оно является не основ-

8, 041024 (2018).

ным механизмом допирования, еще требует дальней-

13.

K. Matano, M. Kriener, K. Segawa, Y. Ando, and

шего исследования. Тенденция к сегрегации также

G. Zheng, Nature Phys. 12, 852 (2016).

проявляется для разных металлических примесей в

14.

S. Sasaki, M. Kriener, K. Segawa, K. Yada, Y. Tanaka,

Bi₂Se₃ [28].

M. Sato, and Y. Ando, Phys. Rev. Lett. 107, 217001

Заключение. В данной работе получено

(2010).

сравнительно-структурное доказательство через

15.

S. Yonezawa, Cond. Matt. 4, 2 (2019).

ко-допирование барием того факта, что стронций

16.

M. Kriener, K. Segawa, Z. Ren, S. Sasaki, S. Wada,

в Bi₂Se3 располагается между квинт-слоями. Мы

S. Kuwabata, and Y. Ando, Phys. Rev. B 84, 054513

показали, что барий слегка уменьшает содержание

(2011).

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020

172

А. Ю. Кунцевич, Г. В. Рыбальченко, В. П. Мартовицкий и др.

17. K. Kobayashi, T. Ueno, H. Fujiwara, T. Yokoya, and

23. A. Yu. Kuntsevich, M. A. Bryzgalov, V. A. Prudkoglyad,

J. Akimitsu, Phys. Rev. B 95, 180503(R) (2017).

V. P.

Martovitskii,

Yu. G.

Selivanov,

and

18. S.-H. Yu, T. L. Hung, M.-N. Ou, M. M. C. Chou, and

E. G. Chizhevskii, New J. Phys. 20, 103022 (2018).

Y.-Y. Chen, Phys. Rev. B 100, 174502 (2019).

24. A. Yu. Kuntsevich, M. A. Bryzgalov, V. P. Martovitskii,

19. H. Huang, J. Gu, M. Tan, Q. Wang, P. Ji, and X. Hu,

R. S.

Akzyanov,

Yu. G.

Selivanov,

and

Sci. Rep. 7, 45565 (2017).

A. L. Rakhmanov, Phys. Rev. B 100, 224509 (2019).

20. A. Yu.

Kuntsevich,

V. P.

Martovitskii,

25. Y. S. Hor, A. Richardella, P. Roushan, Y. Xia,

G. V. Rybalchenko, Yu. G. Selivanov, M. I. Bannikov,

J. G. Checkelsky, A. Yazdani, M. Z. Hasan, N. P. Ong,

O. A. Sobolevskiy, and E. G. Chigevskii, Materials 12,

and R. J. Cava, Phys. Rev. B 79, 195208 (2009).

3899 (2019).

26. J. Moon, N. Koirala, M. Salehi, W. Zhang, W. Wu, and

21. S. O. Volosheniuk, Yu. G. Selivanov, M. A. Bryzgalov,

S. Oh, Nano Lett. 18, 820 (2018).

V.P. Martovitskii, and A. Yu. Kuntsevich, J. Appl.

27. E. T. Kulatov, V. N. Men’shov, V. V. Tugushev, and

Phys. 125, 095103 (2019).

Yu. A. Uspenskii, JETP Lett.109, 102 (2019) [Pis’ma

22. Z. Li, M. Wang, D. Zhang, N. Feng, W. Jiang, C. Han,

v JETP 109, 98 (2019)].

W. Chen, M. Ye, C. Gao, J. Jia, J. Li, S. Qiao, D. Qian,

28. Л. Н. Овешников, В. А. Прудкогляд, Ю. Г. Сели-

B. Xu, H. Tian, and B. Gao, Phys. Rev. Materials 2,

ванов, Е. Г. Чижевский, Б. А. Аронзон, Письма в

014201 (2018).

ЖЭТФ 106(8), 506 (2017).

Письма в ЖЭТФ том 111 вып. 3 - 4

2020