Гексаборид самария: от экситон-поляронного диэлектрика к топологическому кондо-изолятору

Видео

Аннотация

В докладе обсуждаются низкотемпературные свойства гексаборида самария — классического соединения с промежуточной валентностью, в котором переходы между различными электронными конфигурациями (4f_n и 4f_n-1) приводят к нецелочисленной валентности самария (≈2.6) и, как следствие, к частичной делокализации 4f-состояний.

Гибридизация 4f- и 5d-электронов приводит к открытию узкой щели (19 мэВ) в зонном спектре SmB₆, что позволяет отнести это соединение с кубической структурой к классу сильнокоррелированных узкозонных полупроводников с аномально большими эффективными массами электронов (~30m₀) и дырок (~1500m₀).

Вопрос о природе основного состояния гексаборида самария, характеризующегося постоянными значениями удельного сопротивления ~10 — 100 Ом·см при T < 5 K для всех исследованных монокристаллических образцов, оказывается не тривиален.

С одной стороны, переход к примесной (5 < T < 15 К) проводимости с малой энергией активации 3—6 мэВ указывает на формирование экситон-поляронных комплексов, возникающих в режиме быстрых 4f-5d зарядовых флуктуаций в окрестности ионов Sm, что позволяет сопоставить низкотемпературную «металлизацию» образцов ниже 5 К с переходом в состояние электронно-дырочной жидкости.

С другой стороны, инвертированное расположение 4f- и 5d-зон относительно запрещенной зоны SmB₆ привело к развитию модели топологического кондо-изолятора, в которой остаточное удельное сопротивление SmB₆ определяется электронным переносом по поверхностному металлическому слою.

В докладе показано, что корректный анализ низкотемпературных транспортных свойств гексаборида самария требует идентификации различных механизмов объемного и поверхностного зарядового транспорта с учетом возможного формирования полярных состояний Sm²⁺/Sm³⁺ и вклада поверхностной проводимости, связанной с эффектом поля в SmB₆.