A Raman and far-infrared investigation of phonons in the rhombohedral V2–VI3 compounds Bi2Te3, Bi2Se3, Sb2Te3 and Bi2(Te1−xSex)3 (0 < x < 1), (Bi1−ySby)2Te3 (0 < y < 1)

Authors


Abstract

The Raman-active lattice vibrations of Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3, and their solid slutions, whose symmetries correspond to the R3m space group, are investigated by Raman scattering. Three of the four expected Raman modes, Eg and A1g, could be determined. The FIR optical properties of Bi2Te3 crystal surfaces of improved quality (Ec and Ec) and Bi2Se3 (Ec) are re-examined near helium and room temperature with a Fourier spectrometer, allowing a determination of the infrared-active mode frequencies with higher accuracy. The results for Bi2Te3 are compared to the predicted frequencies from the lattice dynamical model, given by Jenkins et al. The frequncy shifts of the Raman-active modes in the mixed crystals show single-mode and two-mode behaviour, which is in agreement with simple models for the substitution of antimony and selenium atoms for bismuth and tellurium, respectively, in Bi2Te3.

Abstract

Die Raman-aktiven Gitterschwingungen der Kristalle Bi2Se3, Bi2Te3, Sb2Te3 und ihrer Mischkristallreihen mit der Raumgruppe R3m werden durch Raman-Streuung untersucht. Die verschiedenen Eg- und A1g-Raman-Moden können durch Polarisationsmessungen unterschieden werden, wobei drei der vier zu erwartenden Raman-Moden gefunden werden. Die FIR-optischen Eigenschaften von Bi2Te3 (E ∥; c und Ec) und Bi2Se3 (Ec) werden erneut mit Hilfe eines Fourierspektrometers bei Helium- und Raumtermperatur an Kristalloberflächen mit besserer Qualität untersucht, woraus die infrarot-aktiven Eigenfrequnzen mit höherer Genauigkeit bestimmt werden können. Die Eigenfrequenzen für Bi2Te3 werden mit den Ergebnissen des gitterdynamischen Modells von Jenkins et al. verglichen. Die Verschiebung der Ramanfrequenzen mit der Mischkristall-Zusammensetzung zeigt Ein-Moden- und Zwei-Moden-Verhalten, die — ausgehend von reinem Bi2Te3 — in grober Näherung durch einfache Modelle für die Substitution von Tellur- durch Selen-Atome bzw. Wismut- durch Antimon-Atome erklärt werden können.

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