Anomalous composition dependence of the superconductivity in In-doped SnTe

Abstract

We report a reinvestigation of superconducting Sn1−xInxTe at both low and high In doping levels. Considering the system over a broad composition range in a single study allows us to characterize a significant change in the properties as a function of x : the system evolves from a weakly coupled p-type superconductor to a strongly coupled n-type superconductor with increasing indium content. Hall Effect measurements show that the carrier density does not vary monotonically with Indium content; a change from p-type to n-type is observed near 10% In-doping. This is contrary to expectations dictating that In should be a p-type dopant in semiconducting SnTe because it has one less valance electron than Sn. A crystallographic search for point defects at high x indicates that the material remains ideal NaCl-type over a wide composition range. Density functional theory calculations for In-doped SnTe support a picture where In does not act as a trivial hole dopant, but instead forms a distinct, partly filled In 5s -Te 5p hybridized state centered around EF , which is very different from what is seen for other nominal hole dopants such as Na, Ag, and vacant Sn sites.

Двухзонная сверхпроводимость кристаллов Sn-=SUB=-1-x-=/SUB=-In-=SUB=-x-=/SUB=-Te с T-=SUB=-c-=/SUB=-=3.6-3.8 K

“…Морфология и состав образцов изучались с помо-щью растрового электронного микроскопа JSM-5910-LV с энергодисперсионным анализатором рентгеновского излучения Oxford Instruments и программным обеспе-чением INCA. Анализ состава кристаллов показал, что среднее по слитку соотношение Sn : In : Te, как отмеча-лось и в работе [29] для данного метода выращивания, практически соответствовало составу шихты. Катионное соотношение Sn и In отдельных кристаллов отличалось от состава шихты.…”

“…Форма зависимо-сти σ NS (V ), отсутствие характерного ZBCP [17,22] на проводимостях всех измеренных контактов исключают возможность d-или какой-либо другой необычной симметрии ПП в исследованных сверхпроводниках. Измерения теплоемкости, верхнего критического поля [29] и глубины проникновения магнитного поля [31] от температуры на образцах Sn 1−x In x Te показали, что эти зависимости можно описать в рамках стандартной электрон-фононной теории сверхпроводимости с s-симметрией ПП. Спектры АО сверхпроводников с ПП s-типа хорошо описываются модифицированной теорией Blonder, Tinkham, Klapwijk, учитывающей конечное время жизни квазичастиц (БТК-Г) [25].…”

“…Теоретические и экспериментальные исследования ха-рактеристик нормального и сверхпроводящего состо-яний Sn 1−x In x Te в широком диапазоне концентраций In [5][6][7][8][29][30][31][32] показали, что In в этом соединении не может рассматриваться как простая легирующая добавка с валентностью +1 или +3, замещающая Sn, а образует вместе с Те отдельную частично заполнен-ную примесную зону с центром на уровне Ферми и сильным спаривающим взаимодействием [29], которая, по-видимому, и определяет характеристики сверхпро-водника. Несмотря на множество исследований сверх-проводящего состояния Sn 1−x In x Te, к настоящему вре-мени надежно установлена только связь между концен-трацией In, T c и критическим магнитным полем.…”

“…возможная двухзонная и топологическая сверхпроводи-мость [1][2][3]29], перспективы применений в электрони-ке [33,34] делают этот материал интересным объектом.…”

Bi Substitution Effects on Superconductivity of Valence-Skip Superconductor AgSnSe2

“…As another layered superconductor family, BiS 2 -based superconductors have been one of the recent topics in the field of new superconductors [11][12][13]. In addition, as possible topological superconductors [14,15], Bi 2 Se 3 -based and SnTe-based systems have drawn great attention [16][17][18][19][20][21][22][23][24][25]. As introduced here, metal-chalcogenide superconductors have been getting great interests as a playground in which novel superconductivity could emerge.…”