Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Совокупность этнх свойств обусловливает то, что целый ряд фкз. параметров П. кмеет аномальное значение. Вследствие малого числа носктелей весьма малыми являются сечения поверхностей Фермк (S ~ 10"40 — 10~4В г2-CmVc2). Малость эфф. масс приводит к высокой подвнжностн и носителей заряда (прн низккх темп-pax ц IO6 — IO7 см*/В-с), к большим значениям коэф. магнетосопротивления (Др/р H2 — ~ IO"2 — 10"® Э~2), термоэдс (а ~ IO-4 В/град), g-факторов (~10® — IO3), магнитной восприимчивости X-
Диэлектркч. проницаемость е у П. V группы велика (е > 10г). Такая величина е связана с тем, что при уда-леккк по энергик от уровня Фермк ?$ на величину ~0,1 эВ электронкый энергетнч. спектр этих веществ мало отличается от спектра в прафазе, для к-рого характерна большая плоткость электронных состояний. У графита подобная акомалия отсутствует (е ~ 2,5).
Полуметаллы V групны. Кристаллич. решётка имеет симметрию RZm (DiJ) (см. Симметрия кристаллов). Она отличается от простой кубнч. решётки ром-боэдрич. деформацией (угл. искажения ~ 3е — 5°) и сдвигом двух граиецентрнров. подрешёток вдоль вы-деленкой диагонали куба (относит, сдвиг 10%). Зона Бриллюэна блкзка по форме к зоне Бриллюэна для гракецентркров. кубич. решётки. Выделенное направление — ось 3-го порядка C3 (рис. 1). Электронные
34
частк поверхиостк Ферми у всех П. V группы представляют собой 3 вытянутые поверхности, близкие по форме к эллипсоидам (отношение макс. и мик. сечений ~ 12—16) с цектрамк в точках L зоны Бриллюэна (рис. 2). Направления вытякутостк квазиэллипсоидов у Аз н Sb отклонены на малые углы (2—6е) от базисной плоскости к соответствующих биссекторных осей C1. Дырочные части поверхиостк Ферми у П. V группы
сильно различаются между собой. У Bi поверхности Ферми дырок представляют собой эллкпеоид вращения, вытянутый вдоль осн C3 с центром в точке T зоны Бриллюэна (ркс. 2). Отношение экстремальных дырочных сеченнй в Bi близко к 3. У Sb 6 дырочных экстремумов, расположенных в точках H зоны Бркллюэна (рис. 3).
Поверхности Ферми дырок — эллипсоиды вращения, направления вытяну-тости к-рых составляют углы ~37 с осью Ca, степень анизотропии экстремальных сечений близка к 3. Дырочные экстреиумм в As находятся в тех же точках, что к в Sb, но поверхность Ферми дырок имеет значительно более сложную форму ^рис. 4), что связано с большими Рис. 3. Электронная и дыроч- размерами поверхности ныв части поверхности Фер- f' А „ k
ыи Sb. Фермн у As в зоне Брил-
люэна по сравнению с соответствующими поверхностями у Sb к Bi.
Эфф. массы электронов в П. V группы анизотропяы: они близки к т0 в направлении вытянутости поверхности Ферми, тогда как в перпендикулярных направленнях т — 10'а т0. Эфф. массы дырок у Bi слабо анизотропны и составляют ~ 10-1т0. У As и Sb дырочные массы более анизотропны и составляют ~(10'1 — Ю~2)ш0.
Графнт. Кристаллич. решётка относится к гексагональной системе, описывается пространств, группой сим-
, w метрии Р6<,тс (С *). Выделеи-
Рис, Л. Дырочная поверх- Г 3 ' m/
ность Ферми As. ное ваправлевие (ось С) пер-пендикулярво слоям в решётке. Расстояние между атомами углерода в слое при T = 300 Ka = 1,415 A1 межслоевое расстояние с/2 =
— 3,5338 Л. Зона Бркллюэна — гексагональная призма (рнс. 5). Ось kz совпадает с выделенным направле-
•ДыркигЖ^” Х(=)Электроны ,ырки-----------
Рнс. 5. Зона Бриллюэна графита.
Рис. 6. Электронные и дырочные части поверхности Ферми графита.
нием С. Поверхность Ферми сильно анизотропна. * Её электронные и дырочные части вытянуты вдоль І боковых рёбер HKH зоны Бриллюэва и близки по [ форме к гофрированным в базисной плоскости эллин- і соидам (ркс. 6). Отношекие экстремальных сече- I ннн поверхиостк Фермк для электронов и дырок ~10. к
В отличие от П. V группы электронные (с центром в точках К зоны Бриллюэна) и дырочные участки поверхности Фермк соприкасаются между собой. В малой окрестности точек соприкосновения поверхности близки к коническим. Эфф. массы электронов и дырок вдоль оси С: т ^ т0, в плоскости графитовых слоёв т =? IO-2 т0. Кроме опксанных частей поверхности Ферми, к-рые относятся к т. н. осн. носителям заряда вблнзн точек К я H в зоне Брнллюэна расположены изоэкергеткч. поверхности малых групп электронов и дырок (неосновные носнтелн).
Фнзнческие свойства полуметаллов
Электропроводность. Высокая подвижность р. носителей в П. частично компенсирует малость их концентрации. В результате элеитропроводность о П. значительно меньше отличается от проводимости металлов, чем концентрация носктелей заряда (о - 2-10* — 3-Ю4 Ом-* • см"1 при T = 300 К и IO6-IO7 Ом-1 см"1 при низких темп-pax). Высокие значення |і и равенство концентраций электронов к дырок приводят к аномально сильной завксимостн уд. сопротивления П. от мага, поля Н. Напр., у Bi прн T = 4,2 К уд. сопротивление р возрастает в IO4 раз в поле H= IO4 Э. При T = 300 К в том же поле наблюдается двукратное увеличение р у Bi, тогда как у Cu изменение р при тех же условиях составляет IO-4 (CM. Галъеаномагнитные явления, Mагнетосопроглавление). При низких темп-pax магнетосопротивление Др/р обнаруживает осциллирующую зависимость от обратного магн. поля MH {Ш убникова — Де Xaaaa эффект). Сильная зависимость сопротивления р от H широко используется для создания датчиков магк. поля.
