Дефекты межслоевой поверхности и термоэлектрические свойства в слоистых пленках топологических изоляторов $n$-Bi$_{2}$Te$_{2.7}$Se$_{0.15}$S$_{0.15}$

В слоистых пленках топологических изоляторов $n$-Bi$_{2}$Te$_{2.7}$Se$_{0.15}$S$_{0.15}$, оптимизированных для температур ниже комнатной, исследованы морфология межслоевой поверхности (0001) и термоэлектрические свойства. На профилях поверхности (0001) идентифицированы нейтральные примесные дефекты, возникающие при замещениях атомов Te на атомы Se и S и донорные антиструктурные дефекты теллура на местах висмута, которые влияют на термоэлектрические свойства.
Среднее значение термоэлектрической эффективности в пленках $n$-Bi$_{2}$Te$_{2.7}$Se$_{0.15}$S$_{0.15}$ возрастает до $\langle Z\rangle\approx3.0\cdot10^{-3}$ K$^{-1}$ в интервале 80–215 K, в то время как в объемном твердом растворе $\langle Z\rangle\approx 2.0\cdot10^{-3}$ K$^{-1}$. Рост термоэлектрической эффективности в пленках связан с усилением энергетической зависимости времени релаксации вследствие роста эффективного параметра рассеяния $r_{\operatorname{eff}}$. Показано, что в пленках коэффициент Зеебека, эффективная масса плотности состояний $m/m_0$ и параметр материала, пропорциональный фактору мощности, возрастают, а решеточная $\kappa_{L}$ и электронная теплопроводность $\kappa_e$ уменьшаются, что определяет повышение термоэлектрической эффективности.