ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES OF THIN FILMS (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2 (x + y = 0.4; y = 0.04) PREPARED BY MAGNETRON SPUTTERING

Authors

DOI:

https://doi.org/10.18413/2687-0959-2020-52-3-224–233

Keywords:

topological insulator, Dirac semimetal, CZMA, thin films, hopping conductivity

Abstract

The work investigates high-quality thin films (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2 (x + y = 0.4; y = 0.04), obtained by sputtering on an unheated silicon substrate (T = 20 C). The temperature dependence of the electrical conductivity was measured in the range from 10 K to 320 K. In the region of helium temperatures, the range of realization of the mechanism of hopping conductivity with variable long hopping according to Shklovsky-Efros was determined. The localization radius of charge carriers and the width of the Coulomb and hard gaps are calculated in the density of localized states. The energy of the optical gap and the width of states of the tail of the valence band are determined.

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

V. S. Zakhvalinskii, Belgorod National Research University

доктор физико-математических наук, доцент, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики института инженерных и цифровых технологий
Белгородского государственного национального исследовательского университета

E. A. Pilyuk, Belgorod National Research University

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры
теоретической и экспериментальной физики института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета

T. B. Nikulicheva, Belgorod National Research University

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры прикладной математики и компьютерного моделирования института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета

N. O. Isaeva, Belgorod National Research University

магистрант второго года обучения кафедры теоретической и экспери-
ментальной физики института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета

A. V. Nejencev, Belgorod National Research University

бакалавр третьего года обучения кафедры теоретической и экспериментальной физики института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета

References

1. Захвалинский В.С., Туан Ву Ван, Пилюк Е.А., Петренко П.А. 2013. Получение и свойства разбавленного магнитного полупроводника (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2. Современные наукоемкие технологии, 6 : 56.
2. Захвалинский В.С. и др. 2012. Исследование гальваномагнитных свойств разбавленного магнитного полупроводника (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2. Известия Юго-западного государственного университета. Cерия: Физика и Химия, 2 : 82-87.
3. Захвалинский В.С. и др. 2011. Исследование осцилляций Шубникова-де Гааза в $\alpha$-фазе твердых растворов (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2. Научные ведомости Белгородского государственного университета. Серия: Математика. Физика, 23(118) : 215-219.
4. Amarnath R., Bhargavi K. S., Kubakaddi S. S. 2020. Thermoelectric transport properties in 3D Dirac semimetal Cd_3As_2. Journal of Physics: Condensed Matter, 32(22) : 225704 (12 p). DOI: 10.1088/1361-648X/ab720f.
5. Borisenko S. et al. 2014. Experimental realization of a three-dimensional Dirac semimetal. Physical review letters, 113(2) : 027603 (5 p). DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.027603.
6. Crassee I. et al. 2018. 3D Dirac semimetal Cd_3As_2: A review of material properties. Physical Review Materials, 2(12) : 120302 (15 p). DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.2.120302.
7. Chorsi H. T. et al. 2020. Widely Tunable Optical and Thermal Properties of Dirac Semimetal Cd_3As_2. Advanced Optical Materials, 8(8) : 120302 (6 p). DOI: 10.1002/adom.201901192.
8. Cheng P. et al. 2016. Thickness-dependent quantum oscillations in Cd_3As_2 thin films. New Journal of Physics, 18. (8) : 083003 (9 p). DOI: 10.1088/1367-2630/18/8/083003.
9. Dubowski J. J., Williams D. F. 1985. Growth and properties of Cd_3As_2 films prepared by pulsed-laser evaporation. Canadian Journal of Physics, 63(6) : 815-818. DOI: 10.1139/p85-131.
10. Gao J. et al. 2019. Surface Reconstruction, Oxidation Mechanism, and Stability of Cd_3As_2. Advanced Functional Materials. 29(26) : 1900965 (9 p). DOI: 10.1002/adfm.201900965.
11. Jarzabek B., Weszka J., Cisowski J. 2004. Distribution of electronic states in amorphous Cd–As thin films on the basis of optical measurements. Journal of non-crystalline solids, 333(2) : 206-211. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2003.09.045.
12. Kasap S., Capper P. 2017. Springer handbook of electronic and photonic materials. Springer,1538.
13. Laiho R. et al. 2008. Hopping conductivity of Ni-doped p-CdSb. J. Phys.: Condens. Matter, 20 : 295204-295211, DOI: 10.1088/0953-8984/20/29/295204.
14. Li C. Z. et al. 2015. Giant negative magnetoresistance induced by the chiral anomaly in individual Cd_3As_2 nanowires. Nature communications, 6(1) : 1-7. DOI: 10.1038/ncomms10137.
15. Liang T. et al. 2015. Ultrahigh mobility and giant magnetoresistance in the Dirac semimetal Cd_3As_2. Nature materials, 14(3) : 280-284. DOI: 10.1038/nmat4143.
16. Liang T. et al. 2017. Anomalous Nernst effect in the dirac semimetal Cd_3As_2. Physical review letters, 118(13) : 136601 (5 p). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.136601.
17. Lu H. et al. 2017. Topological phase transition in single crystals of (Cd_{1-x}Zn_x)_3As_2. Scientific Reports, 7(1) : 1-10. DOI: 10.1038/s41598-017-03559-2.
18. Meng Y. et al. 2018. Three-dimensional Dirac semimetal thin-film absorber for broadband pulse generation in the near-infrared. Optics Letters, 43(7) : 1503-1506. DOI: 10.1364/OL.43.001503.
19. Neupane M., Xu S., Sankar R. et al. 2014. Observation of a three-dimensional topological Dirac semimetal phase in high-mobility Cd_3As_2. Nat Commun, 5 : 3786 (8 p). DOI: 10.1038/ncomms4786.
20. Stackelberg M. v., Paulu R. 1935. Untersuchungen an den Phosphiden und Arseniden des Zinks und Cadmiums. Das Zn_3P_2-Gitter, Zeitschrift far Physikalische Chemie, 28B(1): 427-460. doi: https://doi.org/10.1515/zpch-1935-2841.
21. Sharafeev A. et al. 2017. Optical phonon dynamics and electronic fluctuations in the Dirac semimetal Cd_3As_2. Physical Review B, 95(23) : 235148 (6 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.95.235148.
22. Uchida M. et al. 2017. Quantum Hall states observed in thin films of Dirac semimetal Cd_3As_2. Nature communications, 8(1) : 1-7. DOI: 10.1038/s41467-017-02423-1.
23. Wang Z. et al. 2013. Three-dimensional Dirac semimetal and quantum transport in Cd_3As_2. Physical Review B, 88(12) : 125427 (6 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.88.125427.
24. Wang Q. et al. 2017. Ultrafast broadband photodetectors based on three-dimensional Dirac semimetal Cd_3As_2. Nano letters, 17(2) : 834-841. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04084.
25. Zhou T. et al. 2016. Enhanced thermoelectric properties of the Dirac semimetal Cd_3As_2. Inorganic Chemistry Frontiers, 3(12) : 1637-1643. DOI: 10.1039/C6QI00383D.
26. Zakhvalinskii V. S. et al. 2017. Anomalous cyclotron mass dependence on the magnetic field and Berry’s phase in (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2 solid solutions. Journal of Physics: Condensed Matter, 29(45) : 455701 (7p). DOI: 10.1088/1361-648X/aa8bdb.

Abstract views: 302

##submission.share##

Published

2020-09-29 — Updated on 2020-10-02

How to Cite

Zakhvalinskii, V. S. ., Pilyuk, E. A. ., Nikulicheva, T. B. ., Isaeva, N. O. ., & Nejencev, A. V. (2020). ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES OF THIN FILMS (Cd_{1-x-y}Zn_xMn_y)_3As_2 (x + y = 0.4; y = 0.04) PREPARED BY MAGNETRON SPUTTERING. Applied Mathematics & Physics, 52(3), 224–233. https://doi.org/10.18413/2687-0959-2020-52-3-224–233

Issue

Section

Physics. Mathematical modeling