Bi ve Bi1-xSbx yarımetallerinde Shubnikov-de Haas osilasyonları

Abstract

IV ÖZET Bizmut ve yarımetal Bi, Sb alaşımının (x=0,012) elektro nik özellikleri, Shubnikov-de Haas (SdH) osilasyonları ve ultrasonik kuantum osilasyonları (UKO) yöntemleriyle incelendi. Ölçümler, 1,2-4,2 K sıcaklık aralığında ve 1-23 kG'luk magnetik alan bölgesinde, aynı deney ortamın da eş zamanlı olarak yapıldı. SdH deneklerinde akım binary ekseni boyunca sürüldü. Ultrasonik deneklerde ise 10-90 MHz'lik boyuna ses dalgaları bizmutta bisectrix- ekseni boyunca, alaşımda ise trigonal ekseni boyunca yayıldı. Magnetik alan (H) binary-düzleminde uygulandı. Ultrasonik attenuasyon ölçümleri puls-yankı yöntemiyle yapıldı. Veriler sayısal olarak toplandı ve değerlendi rildi. Magnetorezistansdaki monotonik terim, V =a +a. H+a0H* m o ı ı. şeklinde bir fonksiyona bilgisayar yazılımıyla uydurularak, her açı değerinde hesaplandı. Bu terim ölçülen magnetorezistans voltajından çıkarılarak, SdH osilasyonları elde edildi. Çalışılan deney koşullarında UKO'nın elektron paketlerine; SdH osilasyonlarının ise, çoğunluk la, hole paketine ait olduğu belirlendi. Bi-Sb alaşımın da osilasyon periyotlarının bizmuta oranla büyüdüğü gözlendi. Osilasyon periyotlarının magnetik alanın yönelmesine bağlı değişimi araştırıldı. Buradan Fermi yüzeyi kesitleri ile hole'lerin etkin kütle tensörü belirlendi. Bi içine Sb katmakla hole. Fermi yüzeyinin izotropik olarak küçüldüğü saptandı. SdH osilasyonların- da genliğin magnetik alanla değişimi incelenerek hole'le rin Dingle sıcaklığı tayin edildi. SdH osilasyonlarının türetilmesinde ve analizinde kullanılmak üzere oda ve sıvı azot sıcaklıklarında enine magnetorezistans ölçümleri yapıldı. Magnetorezistansın magnetik alan şiddeti ve yönelmesine bağımlılığı ölçülerek bazı magnetorezistans katsayıları tayin edildi.

SUMMARY Electronic properties of bismuth and semimetallic alloy Bi, Sb (x=0.012) were investigated by means of Shubnikov- 1-x x 3 de Haas (SdH) oscillations and ultrasonic quantum oscillations (UQO). Magnetoresistance and ultrasonic attenuation measurements were both performed simultaneously under the same experimental conditions. Measurements were made in the temperature range 1.2-4.2 K and magnetic fields between 1-23 kG. In the SdH samples a constant d.c.current was passed along the binary axis, but in the ultrasonic samples, the longitudinal ultrasonic waves of 10-90 MHz frequencies were propagated along the bisectrix axis in bismuth and along the trigonal axis in the alloy. Magnetic field (H) was applied in the binary plane. Ultrasonic attenuation measurements were made by the pulse echo method. The data were collected and analyzed by a data acquisition and proccessing system. The monotonic term in the magnetoresistance voltage was 2 fitted to a polynomial of the form V ==a +a, H+a~H and r ?* m o 1 2 calculated for each angle. The oscillatory term in the magnetoresistance voltage was obtained by substracting the monotonic term from the measured voltage. It is found that, under the studied experimental conditions, UQO originate from electron packets and SdH oscillations belong mainly to the hole packet. The period of oscillations in the bismuth-antimony alloy is greater than that of pure bismuth. The Fermi surface sections and effective masses of holes were obtained from the angular dependence of the oscillations period. It is established that the hole Fermi surface shrinks isotropi- cally by alloying of Bi with antimony. The Dingle temperature of holes was obtained from the magnetic field dependence of the amplitude of SdH oscillations. The transverse magnetoresistance measured at room and liquid nitrogen temperatures were used in the analysisVI of SdH oscillations. Some of the magnetoresistance coefficients were determined from the angular and magnetic field dependence of the measured magnetoresistance.