Crecimiento y caracterización de películas delgadas de Bi electrodepositadas sobre sustratos de n-GaAs

Abstract

El bismuto (Bi) es un semimetal con unas propiedades electrónicas altamente interesantes, entre las que destacan su fuerte interacción espín- órbita, baja densidad de portadores, alta movilidad de éstos y una superficie de Fermi altamente anisótropa. Tanto el recorrido libre medio, como la longitud de onda de Fermi de los electrones tienen valores considerablemente altos en comparación con otros metales. Esto convierte al Bi en un material propicio para la observación de efectos de tamaño, tanto clásicos como cuánticos. Los efectos de tamaño son responsables de las peculiares propiedades de transporte y magnetotransporte del Bi con baja dimensionalidad. Tanto películas delgadas como nanohilos muestran oscilaciones en la conductividad eléctrica, el coeficiente Hall y la magnetorresistencia. Por ejemplo, debido al confinamiento de los electrones, se ha observado una transición semimetal-semiconductor en películas con espesores del orden de 30-40 nm, así como fenómenos de antilocalización débil en nanohilos. Por otro lado, los estados superficiales del Bi son fuertemente metálicos y constituyen la principal contribución de la conductividad y magnetorresistencia a baja temperatura. Además, algunos autores afirman que una película de Bi formada por una única bicapa se comportar a como un aislante topológico. Los efectos anteriormente citados suelen ser altamente sensibles a la calidad cristalina de las nanoestructuras de Bi, ya que defectos extensos y fronteras de grano actúan como centros de dispersión de electrones, reduciendo su recorrido libre medio. Dentro de las técnicas de crecimiento que permiten fabricar películas delgadas de Bi, la electrodeposición se muestra como la más adecuada por su relación calidad-precio...

Bismuth is a semimetal with fascinating electronic properties arising from a strong spin-orbit interaction, a low density and high mobility of charge carriers, and a complex and highly anisotropic Fermi surface. Both, mean free path and Fermi wavelength are several orders of magnitude larger that those of most metals. All these characteristics makes Bi a suitable material for the observation of both, classical and quantum size effects. The size effects are responsible for the unusual transport and magnetotransport properties of low dimensional Bi. Thin films and nanowires show oscillations in electrical conductivity, Hall coefficient and magnetoresistance. For instance, it has been measured a metal to semiconductor transition in Bi thin films with a thickness of 30-40 nm, as well as weak antilocalization in Bi nanowires as a consequence of electron confinement. In addition, Bi surface states are strongly metallic, being these states the main contribution to conductivity and magnetoresistance at low temperature. Even more, several authors claim that a Bi bilayer should behave as a topological insulator. All these above mentioned effects are extremely sensitive to the crystal quality of Bi nanostructures since extended defects and grain boundaries act as scattering centers for electrons reducing their mean free path. Among the different techniques that can be used for the growth of Bi thin films, electrodeposition appears as the most suitable considering the price/quality ratio. In addition, electrodeposition allows an easy transfer of growth technology to industry...