Estudo da transição polar dependente da concentração de portadores de carga em filmes finos de Pb0.5Sn0.5Te dopados com bismuto

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Stefanato, Eduardo Destefani
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: crystalline topological insulator; ferroelectric phase transition; fônons de terahertz; isolante topológico cristalino; lead tin telluride; metais polares; polar metals; telureto de chumbo e estanho; terahertz phonons; transição de fase ferroelétrica
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-03052025-160145/

Metais polares, nos quais coexistem polarização elétrica e alta condutividade, vêm sendo estudados como plataformas promissoras para a manifestação de fases topológicas. No entanto, essa coexistência é dificultada pela presença de portadores livres, que suprimem a ordem polar e modificam o nível de Fermi. Por essa razão, a dinâmica de carga deve ser cuidadosamente controlada para que as fases ferroelétrica e topológica possam ser simultaneamente acessadas em um mesmo material. Neste contexto, foram investigados filmes finos epitaxiais de Pb1-xSnxTe, com x = 0.5, dopados com bismuto em concentrações entre 0 e 0.15%, com o objetivo de se explorar a interdependência entre essas fases. As amostras, com espessura de 2 um, foram crescidas por epitaxia de feixe molecular e analisadas por espectroscopia terahertz no domínio do tempo, em geometria de transmissão. A permissividade complexa foi medida em função da temperatura e ajustada com o modelo de Drude-Lorentz, o que permitiu que as contribuições da rede e dos portadores fossem separadas, e que a concentração de portadores fosse estimada por meio da frequência de plasma. Foi identificada uma transição de fase ferroelétrica em todas as amostras, observada pelo amolecimento e endurecimento do modo de fônon óptico transversal, com temperatura crítica fortemente dependente da concentração de portadores. Uma variação não monotônica da densidade de portadores em função da dopagem de bismuto também foi observada, sugerindo uma possível mudança no tipo de portador dominante. A fase ferroelétrica foi associada à distorção da rede induzida pelo resfriamento e à consequente quebra da simetria de inversão, condição necessária para o surgimento de fônons quirais com momento angular finito. Estudos recentes têm demonstrado que esses fônons podem acoplar-se a campos magnéticos externos e apresentar momentos magnéticos significativamente elevados, especialmente na fase topológica. Dessa forma, foi demonstrado que a dopagem com bismuto permite o controle sintonizável da concentração de portadores, da temperatura de transição ferroelétrica e da resposta óptica em materiais na fase topológica. Com isso, foi estabelecida uma plataforma versátil para a investigação de estados exóticos da matéria, nos quais metalicidade, ferroeletricidade e topologia podem ser combinadas e ajustadas de forma controlada, fornecendo base para futuras aplicações em dispositivos que exploram fônons quirais e fases correlacionadas emergentes.