Vol. 50 (2014), Issue 1, p. 51-56

Effect of Weak and High Magnetic Fields in Longitudinal and Transverse Configurations on Magneto-Thermoelectric Properties of Quantum Bi wires

Nikolaeva A., Konopko L., Huber T.E., Para Gh., Tsurkan A.

Abstract

УДК 539.261.1

 

We report on the magneto-thermopower of single-crystal Bi nanowires with diameters 75 nm and 250 nm in a longitudinal and transverse magnetic fields of 0-14T. The temperature range is 1.5–300K. Bi nanowires in a glass capillary have been prepared by the high frequency liquid phase casting. The temperature dependence R(T) shows the transition from metallic to semiconducting behavior due to quantum size effect, where the Bi-wire diameter is reduced to less than 80 nm. It is for the first time that the effect of the negative magneto-resistance in a transverse magnetic field, due to the quantum size effect on 75 nm Bi wires, has been observed. The thermopower is very sensitive to the wire dia-meter, up to a change in the sign from negative to positive at low temperatures, and to a significant extent in a weak longitudinal magnetic field. The field dependences of longitudinal and transverse magneto-resistance have features characteristic of the occurrence of the quantum size effect and galvanomagnetic size effect, and provide information on the parameters of the energy spectrum and charge carrier mobility. The enhancement of the thermoelectric figure of merit for Bi nanowires is discussed. We also discuss the power factor a2s and its dependence on the diameter, magnetic field and temperature.

 

Keywords: Bi nanowires, thermoelectricity, size quantization effect.

 

 

В работе приведены результаты измерений магнито-термоэлектрических свойств монокристаллических нанонитей Bi с диаметрами 75 нм и 250 нм в продольном и поперечном магнитном полях до 14 Т в интервале температур 1,5–300К. Цилиндрические нити Bi в стеклянной оболочке изготавливались литьем из жидкой фазы. Температурные зависимости сопротивления R(T) показывают переход от «металлической» к «полупроводниковой» зависимости благодаря проявлению квантового размерного эффекта (QSE) при уменьшении диаметра нитей Bi менее 80 нм. Впервые обнаружен эффект отрицательного магнитосопротивления в поперечном магнитном поле, связанный с проявлением квантового размерного эффекта в нитях с d < 75 нм. Термоэдс чувствительна к диаметру нитей d и значительно возрастает в слабом продольном магнитном поле. Полевые зависимости продольного и поперечного магнитосопротивления имеют особенности характеризующие проявление квантового и гальваномагнитного размерных эффектов, которые содержат информацию о параметрах энергетического спектра и подвижности носителей заряда. Обсуждается вопрос повышения термоэлектрической эффективности в нанонитях Bi. Из экспериментальных данных рассчитывался силовой фактор a2s в зависимости от диаметра, нитей, магнитного поля и температуры.

 

Ключевые слова: нанонити висмута, термоэлектричество, квантовый размерный эффект.

 

 

Download full-text PDF. 1058 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.