ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №2

Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.15  

УДК: 539.21

 

 

Линейная дисперсия дираковских фермионов
в монокристаллах твёрдого раствора (Cd1-x-yZnxMny)3As2
при x = 0.29, y = 0.01

 

В.С. Захвалинский1, А.В. Борисенко1, А.В. Маширов2,
А.В. Кочура3, М.Н. Япрынцев4

 

1Белгородский Государственный Национальный Исследовательский Университет,
308015, Белгород, ул. Победы, д. 85

2Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая 11, корп. 7

3Юго-Западный Государственный Университет,
305040, Курск, ул. 50 лет Октября, д. 94

4Центр коллективного пользования «Технологии и Материалы»
Белгородского Государственного Национального Исследовательского Университета,
308034, Белгород, ул. Королева, д. 2а, корп. 5.

 

Статья поступила в редакцию 4 февраля 2025 г.

 

Аннотация. В монокристаллах твёрдого раствора (Cd1-x-yZnxMny)3As2 состава x = 0.29, y = 0.01 по результатам исследования осцилляций Шубникова-де Гааза в поперечном магнитном поле определено значение эффективной массы mc(0)/m0, проведено сравнение шубниковских и холловских параметров носителей заряда. Наблюдалась слабая зависимость циклотронной массы от магнитного поля. Были определены концентрация носителей заряда, n2d, подвижность носителей заряда, µ2d, и толщина поверхностного 2D-слоя. Определено значение температуры Дингля TD = 34.6 К. Было установлено, что полученная из экспериментально наблюдаемых осцилляций Шубникова-де Гааза зависимость циклотронной массы mc(0)/m0 от волнового Ферми вектора kF хорошо согласуется с предсказанной теорией линейной зависимостью и указывает на присутствие в монокристаллах (Cd1-x-yZnxMny)3As2 состава x = 0.29, y = 0.01 дираковских фермионов с нулевой эффективной массой. Осцилляции сопротивления Холла предположительно вызваны одновременно как неэквипотенциальностью зондов, так и проявлением в 2D-слое квантового эффекта Холла.

Ключевые слова: эффект Шубникова-де Гааза, безмассовые дираковские фермионы, циклотронная масса, арсенид кадмия.

Финансирование: Министерство науки и высшего образования (государственное задание № 075-03-2025-526)

Автор для переписки: Борисенко Александр Васильевич, borisenko02.94@mail.ru

 

Литература

1. Wang Z. et al. Three-dimensional Dirac semimetal and quantum transport in Cd3As2 //Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. – 2013. – Т. 88. – №. 12. – С. 125427. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.125427

2. Borisenko S. et al. Experimental realization of a three-dimensional Dirac semimetal //Physical review letters. – 2014. – Т. 113. – №. 2. – С. 027603. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.027603

3. Liu Z. K. et al. Discovery of a three-dimensional topological Dirac semimetal, Na3Bi //Science. – 2014. – Т. 343. – №. 6173. – С. 864-867. https://doi.org/10.1126/science.124508

4. Xu G. et al. Chern semimetal and the quantized anomalous Hall effect in HgCr 2 Se 4 //Physical review letters. – 2011. – Т. 107. – №. 18. – С. 186806.  https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.186806

5. Walowski J., Münzenberg M. Perspective: Ultrafast magnetism and THz spintronics //Journal of Applied Physics. – 2016. – Т. 120. – №. 14. https://doi.org/10.1063/1.4958846

6. Galeeva A. V. et al. Electron energy relaxation under terahertz excitation in (Cd1− xZnx) 3As2 Dirac semimetals //Beilstein Journal of Nanotechnology. – 2017. – Т. 8. – №. 1. – С. 167-171.  https://doi.org/10.3762%2Fbjnano.8.17

7. Zakhvalinskii V. S. et al. Anomalous cyclotron mass dependence on the magnetic field and Berry’s phase in (Cd1− x− yZnxMny) 3As2 solid solutions //Journal of Physics: Condensed Matter. – 2017. – Т. 29. – №. 45. – С. 455701. https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa8bdb

8. Ivanov O. et al. Asymmetry and parity violation in magnetoresistance of magnetic diluted Dirac–Weyl semimetal (Cd0. 6Zn0. 36Mn0. 04) 3As2 //physica status solidi (RRL)–Rapid Research Letters. – 2018. – Т. 12. – №. 12. – С. 1800386. https://doi.org/10.1002/pssr.201800386

9. Rancati A. et al. Impurity-induced topological phase transitions in Cd 3 As 2 and Na 3 Bi Dirac semimetals //Physical Review B. – 2020. – Т. 102. – №. 19. – С. 195110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.195110

10. Šmejkal L., Jungwirth T., Sinova J. Route towards Dirac and Weyl antiferromagnetic spintronics //physica status solidi (RRL)–Rapid Research Letters. – 2017. – Т. 11. – №. 4. – С. 1700044. https://doi.org/10.1002/pssr.201700044

11. Fukami S., Lorenz V. O., Gomonay O. Antiferromagnetic spintronics //Journal of Applied Physics. – 2020. – Т. 128. – №. 7. https://doi.org/10.1063/5.0023614

12. Маренкин С. Ф., Трухан В. М. Фосфиды, арсениды цинка и кадмия //Минск: Вараскин. – 2010.

13. Arushanov E. K. Crystal growth and characterization of II3V2 compounds //Progress in crystal growth and characterization. – 1980. – Т. 3. – №. 2-3. – С. 211-255. https://doi.org/10.1016/0146-3535(80)90020-9

14. Ril A. I. et al. Phase equilibria in the CdAs 2–Cd 3 As 2–MnAs ternary system //Russian Journal of Inorganic Chemistry. – 2017. – Т. 62. – С. 976-986. https://doi.org/10.1134/S0036023617070191

15. Marenkin S. F. et al. Formation of the α''-phase and study of the solubility of Mn in Cd3As2 //Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Т. 892. – С. 162082. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.162082

16. Zakhvalinskii V. S. et al. Linear dispersion of Dirac fermions in (Cd1–x–yZnxMny) 3As2, х+ y= 0.2, у= 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 solid solutions //Physica Scripta. – 2021. – Т. 96. – №. 12. – С. 125856. https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac3873

17. Редько Н. А., Каган В. Д., Волков М. П. Квантовые осцилляции сопротивления и коэффициента Холла и квантовый предел в сплавах Bi 0.93 Sb 0.07 в магнитном поле вдоль тригональной оси //Физика твердого тела. – 2011. – Т. 53. – №. 9. – С. 1718-1726. https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/1548

18. Borisenko S. et al. Experimental realization of a three-dimensional Dirac semimetal //Physical review letters. – 2014. – Т. 113. – №. 2. – С. 027603.  https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.027603

19. Zakhvalinskii V. et al. Two-Dimensional Surface Topological Nanolayers and Dirac Fermions in Single Crystals of the Diluted Magnetic Semiconductor (Cd1− x− y Zn x Mn y) 3As2 (x+ y= 0.3) //Crystals. – 2020. – Т. 10. – №. 11. – С. 988. https://doi.org/10.3390/cryst10110988

20. Novoselov K. S. et al. Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene //nature. – 2005. – Т. 438. – №. 7065. – С. 197-200. https://doi.org/10.1038/nature04233

21. Lahoud E. et al. Evolution of the Fermi surface of a doped topological insulator with carrier concentration //Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. – 2013. – Т. 88. – №. 19. – С. 195107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.88.195107

22. Lawson B. J. et al. Quantum oscillations in Cu x Bi 2 Se 3 in high magnetic fields //Physical Review B. – 2014. – Т. 90. – №. 19. – С. 195141. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.195141

23. Lawson B. J., Hor Y. S., Li L. Quantum oscillations in the topological superconductor candidate Cu 0.25 Bi 2 Se 3 //Physical Review Letters. – 2012. – Т. 109. – №. 22. – С. 226406. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.226406

24. Zakhvalinskii V. S. et al. Transport evidence of mass-less Dirac fermions in (Cd1− x− yZnxMny) 3As2 (x+ y= 0.4) //Materials Research Express. – 2020. – Т. 7. – №. 1. – С. 015918. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab688b

Для цитирования:

Захвалинский В.С., Борисенко А.В., Маширов А.В., Кочура А.В., Япрынцев М.Н. Линейная дисперсия дираковских фермионов в монокристаллах твёрдого раствора (Cd1-x-yZnxMny)3As2 при x = 0.29, y = 0.01. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – № 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.2.15