Монокристалічні шари топологічних ізоляторів на основі телуриду вісмуту p- та n-типу для мікроохолоджуючих пристроїв
DOI:
https://doi.org/10.63527/1607-8829-2025-4-53-63Ключові слова:
термоелектричні матеріали, топологічні ізолятори, фольга, монокристалічні шари, Bi2Te3, коливання Шубнікова-де Гааза, рухливість носіїв заряду, охолоджувальний пристрійАнотація
У статті представлені результати експериментальних досліджень термоелектричних властивостей та коливальних ефектів (коливань Шубнікова-де Гааза) монокристалічних шарів топологічних ізоляторів телуриду вісмуту p- та n-типу без підкладок, товщиною 17 мкм та 20 мкм відповідно, отриманих шляхом механічного відшаровування шарів з монокристалічного злитка відповідного складу за методикою, розробленою авторами статті. Циклотронні маси та квантові рухливості носіїв заряду, характерні для поверхневих станів топологічних ізоляторів, були оцінені з використанням експериментальних даних про коливання Шубнікова-де Гааза в поздовжніх (B||I) та поперечних (B^I) магнітних полях до 14 Тл. Коефіцієнт сили був розрахований в діапазоні температур 2–300 К за температурними залежностями опору та термоерс. Встановлено, що максимальне значення коефіцієнта потужності a2s спостерігається в діапазоні температур 100 - 250 К і відповідає найкращим максимальним значенням, доступним у літературі для ідеальних монокристалів. На основі отриманих шарів фольги Bi2Te3 p-типу та n-типу – Bi-17 ат.%, було створено конструкцію – мікроохолоджувальний пристрій, який дозволяє отримати ΔT = 12o на площі 0,01 см2, що є важливим фактором для розробки нових високоефективних термоелектричних матеріалів на основі тонших шарів для їх практичного використання в мікроохолоджувачах.
Посилання
1. Rowe D. M. (2006). Thermoelectric waste heat recovery as a renewable energy source International Journal of Innovations in Energy Systems and Power, 1(1), 13-23.
2. Tritt T. M., Subramanian M. A. (2006). Thermoelectric materials, phenomena, and applications: a bird's eye view. MRS bulletin, 31 (03), 188198.
3. Dresselhaus M. S., Thomas I. L. (2001). Alternative energy technologies. Nature, 414 (6861), 332-337.
4. 6. Bell L. E. (2008). Cooling, heating, generating power, and recovering waste heat with thermoelectric systems. Science, 321(5895), 1457-1461.
5. DiSalvo F J. (1999). Thermoelectric cooling and power generation. Science, 285(5428), 703−706.
6. Venkatasubramanian R, Siivola E, Colpitts T, et al. (2001). Thin-film thermoelectric devices with high room-temperature figures of merit. Nature, 413(6856), 597−602.
7. Sales B C. (2002) Thermoelectric materials-smaller is cooler. Science, 295(5558), 1248−1249.
8. Dresselhaus M S, Chen G, Tang M Y, et al. (2007). New directions for low-dimensional thermoelectric materials. Adv. Mater., 19(8) ,1043-1053.
9. Fu L and Kane (2007). Topological insulators with inversion simmetry, Phys. Rev B , 76(4), 045402.
10. D.X. Qu, D.-X., Hor, Y.S., Xiong, J., Cava, R.J., et al. (2010). Quantum oscillations and Hall anomaly of surface states in the topological insulator Bi2Te3, Science, 329(5993), 821.
11. NIKOLAEVA Albina, MD, KONOPKO Leonid, MD, BODIUL Pavel, MD, GHERGHISAN Igor, COROMISLICENCO Tatiana, MD, PARA Gheorghe, MD. Metoda de obtinere a peliculelor monocristaline subtiri. Brevet MD 1366 Z 2020.03.31
12. NIKOLAEVA Albina, MD, KONOPKO Leonid, MD, GHERGHISAN Igor, MD, PARA Gheorghe, MD, COROMISLICENCO Tatiana, Procedeu de odținere a straturilor monocristaline subțiri de tipul Bi2Te3,Bi2Se3,Bi1-хSbх. Brevet MD 11818 Z 2025.08.31. MD.
13. Nikolaeva А. А., Konopko L.A., Gherghisan I., Rogatsky K., Stakhoviak R., Ezhovsky A., Shepelevich E., Prokoshin V., Gusakova S. (2018). Thermoelectric efficiency of foils of semi-metallic and semiconductor alloys Bi1-xSbx Low Temperature Physics, 44(8), 996-1003.
