Investigation of the structural stability and defect formation effect on the electronic properties of bismuth-based topological insulators (2024)
- Authors:
- Autor USP: MACHUCA, CRISTHIAN DAVID HINOSTROZA VARGAS - IF
- Unidade: IF
- Sigla do Departamento: FEP
- DOI: 10.11606/D.43.2024.tde-18032025-123923
- Subjects: ESTRUTURA DOS SÓLIDOS; PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS; FÍSICA EXPERIMENTAL
- Keywords: DEFECT FORMATION; ESTABILIDADE DE FASE; FORMAÇÃO DE DEFEITOS; ISOLANTES TOPOLÓGICOS; PHASE STABILITY; TOPOLOGICAL INSULATORS
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Os materiais topológicos são uma classe de compostos, cujas fases eletrônicas não podem ser classificadas pela teoria de Landau-Lifshitz. Além disso, essas fases são categorizadas por invariantes topológicos, como a fase de Berry e o número de Chern. Dentro dessa categoria, os isolantes topológicos têm sido amplamente investigados, com ênfase na medição de suas propriedades fsicas e na descoberta de novos compostos. Entre eles, os materiais baseados em bismuto têm recebido especial atenção devido ao forte acoplamento spin-órbita, favorecendo a geração da fase de Berry e a criação de um ambiente propício paraa manipulação da topologia da estrutura eletrônica. É importante considerar que defeitos, impurezas ou variações na estequiometria podem impactar as propriedades eletrônicas e até comprometer a estabilidade da fase estrutural. Assim, um estudo meticuloso da influência desses defeitos é crucial para a correta interpretação das propriedades fsicas. Neste contexto, o Bi4I4 e a famlia de compostos BiTeI1x foram escolhidos como foco deste trabalho. O Bi4 I4 é um material quase-unidimensional de Van der Waals que apresenta uma transição de fase estrutural e topológica de primeira ordem por volta de TP 300 K, separando a fase (T < TP ) da fase (T > TP ), cuja classificação topológica ainda é debatida. Para identificar uma assinatura clara das fases topológicas, alguns estudos compararam oscilações quânticas na magnetorresistência em baixas temperaturas.Para facilitar essa comparação, os pesquisadores resfriaram os cristais de Bi4 I4 após o crescimento para estabilizar a fase abaixo da temperatura de transição. Contudo, os resultados obtidos foram inconclusivos. Para elucidar essa inconsistência, realizamos uma investigação detalhada da estabilidade estrutural do Bi4 I4 e sua relação com a formação de defeitos. Nossos resultados indicam que o -Bi4I4 pode ser estabilizado em temperaturas abaixo de TP através de tratamento térmico, embora retorne rapidamente à fase . Além disso, observou-se que a estabilização da fase é dependente da amostra analisada. A análise de defeitos, realizada por meio de refinamento Rietveld, espectroscopia de raios-x por dispersão em energia e medições de resistividade elétrica, juntamente com cálculos da teoria do funcional da densidade, sugerem que a criação de defeitos pontuais após o tratamento térmico pode ajustar as propriedades eletrônicas do Bi4 I4 . Em relação ao BiTeI1x , essa famlia inclui o BiTeI (x = 0), BiTe (x = 1) e composições intermediárias. O BiTeI é um semicondutor de Rashba com topologia trivial, enquanto o BiTe é uma heteroestrutura natural formada por camadas de Bi2 e Bi2 Te3 , apresentando estados de isolante topológico fraco. Estudos recentes previram uma fase topológica metastável do BiTeI em condições ambientais, mas sua sntese ainda não foi documentada.Neste trabalho, tentamos estabilizar essa fase metastável do BiTeI por meio de tratamento térmico e resfriamento rápido; no entanto, não obtivemos sucesso na estabilização. As amostras resultantes mostraram-se estáveis à temperatura ambiente e apresentaram uma significativa redução de iodo, mas informações cristalográficas não foram coletadas. A análise de espectrometria de fotoelétrons excitados por raios-x em monocristais de BiTeI1x com x = 0, 0.8 e 1 sugere que variações na proporção de iodo podem influenciar os estados eletrônicos próximos ao nvel de Fermi (EF ), levando a uma transição de fase topológica do BiTeI para o BiTe. Contudo, medições mais precisas são necessárias para confirmar essa hipótese
- Imprenta:
- Data da defesa: 09.12.2024
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
- URL de acesso aberto
- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
-
ABNT
HINOSTROZA VARGAS MACHUCA, Cristhian David. Investigation of the structural stability and defect formation effect on the electronic properties of bismuth-based topological insulators. 2024. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2024. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-18032025-123923/. Acesso em: 02 jan. 2026. -
APA
Hinostroza Vargas Machuca, C. D. (2024). Investigation of the structural stability and defect formation effect on the electronic properties of bismuth-based topological insulators (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-18032025-123923/ -
NLM
Hinostroza Vargas Machuca CD. Investigation of the structural stability and defect formation effect on the electronic properties of bismuth-based topological insulators [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-18032025-123923/ -
Vancouver
Hinostroza Vargas Machuca CD. Investigation of the structural stability and defect formation effect on the electronic properties of bismuth-based topological insulators [Internet]. 2024 ;[citado 2026 jan. 02 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-18032025-123923/
Informações sobre o DOI: 10.11606/D.43.2024.tde-18032025-123923 (Fonte: oaDOI API)
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
