Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023020049Collective and Quasi-Local Modes in the Optical Spectra of YB6 and YbB6 Hexaborides with Jahn–Teller Structural InstabilityКоллективные и квазилокальные моды в оптических спектрах гексаборидов YB6 и YbB6 с ян-теллеровской структурной неустойчивостьюSluchankoN. EСлучанкоН. Е sluchanko_n_e_noemail@ras.ruZhukovaE. S.ZhukovaE. S. zhukova_e_s_noemail@ras.ruAlyab'evaL. NАлябьеваЛ. Н alyab'eva_l_n_noemail@ras.ruGorshunovB. P.GorshunovB. P. gorshunov_b_p_noemail@ras.ruMuratovA. VМуратовА. В muratov_a_v_noemail@ras.ruAleshchenkoYu. AАлещенкоЮ. А aleshchenko_yu_a_noemail@ras.ruAzarevichA. NАзаревичА. Н azarevich_a_n_noemail@ras.ruAnisimovM. AАнисимовМ. А anisimov_m_a_noemail@ras.ruShitsevalovaN. YuШицеваловаН. Ю shitsevalova_n_yu_noemail@ras.ruИнститут общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наукProkhorov General Physics Institute, Russian Academy of SciencesМосковский физико-технический институт (Государственный университет)Center for Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Московский физико-технический институт (Государственный университет)Center for Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Московский физико-технический институт (Государственный университет)Center for Photonics and Two-Dimensional Materials, Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наукLebedev Physics Institute, Russian Academy of SciencesФизический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наукLebedev Physics Institute, Russian Academy of SciencesИнститут общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наукProkhorov General Physics Institute, Russian Academy of SciencesИнститут общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наукProkhorov General Physics Institute, Russian Academy of SciencesИнститут проблем материаловедения им. И.Н. Францевича, Национальной академии наук УкраиныInstitute for Problems of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine010220231632172179

The broad-band reflection spectra of YB6 and YbB6 hexaborides with Jahn–Teller instability of the boron cage have been measured at room temperature. An optical conductivity analysis has revealed, along with the Drude electronic components, heavily overdamped collective modes, which are notable in YB6 for high dielectric contributions, Δε = 2000–5700. The fraction of nonequilibrium charge carriers in YB6, which is at the boundary of structural instability in the hexaboride family, reaches 85–90%, whereas this fraction in doped YbB6 semiconductor is not higher than 25%. It has been shown that unlike the predictions of the topological Kondo insulator model, the surface “metallization” in Yb2+B6 crystals can be explained by additional doping of a surface layer with Yb3+ ions.

При комнатной температуре измерены широкодиапазонные спектры отражения гексаборидов YbB6 и YB6 с ян-теллеровской неустойчивостью борного каркаса. Анализ оптической проводимости обнаруживает наряду с друдевской электронной составляющей сильно передемпфированные коллективные моды, которые в YB6 характеризуются большими диэлектрическими вкладами ∆ε=2000-5700. Доля неравновесных носителей в гексабориде иттрия (YB6), находящемся на границе структурной неустойчивости ряда гексаборидов, достигает 85-90 %, тогда как в легированном полупроводнике - гексабориде иттербия (YbB6) их концентрация не превышает 25 %. Показано, что в отличие от предсказаний модели топологического кондо-изолятора «металлизация» поверхности в Yb2+B6 может быть объяснена дополнительным легированием приповерхностного слоя ионами Yb3+.

M. Bakr, R. Kinjo, Y.W. Choi et al., Phys. Rev. Special Topics - Accelerators and Beams 14, 060708 (2011). DOI: 10.1103/PhysRevSTAB.14.060708M. Trenary, Sci. Tech. Adv. Mat. 13, 023002 (2012).Y. Onuki, A. Umezawa, W. K. Kwok et al, Phys. Rev. B 40, 11195 (1989). DOI: 10.1103/PhysRev B.40.11195M. Amara, S. E. Luca, R.M. Galera et al., Phys. Rev. B 72, 064447 (2005). DOI: 10.1103/PhysRev B.72.064447K. Segawa, A. Tomita, K. Iwashita, et al., J. Magn. Magn. Mat. 104-107, 1233 (1992). DOI: 10.1016/ 0304-8853(92)90563-4A. S. Cameron, G. Friemel, and D. S. Inosov, Rep. Prog. Phys. 79, 066502 (2016).M. C. Aronson, J. L. Sarrao, Z. Fisk et al., Phys. Rev. B 59, 4720 (1999). DOI: 10.1103/PhysRevB. 59.4720V. V. Glushkov, A. D. Bozhko, A. V. Bogach et al., Phys. Stat. Sol. RRL 10, 320 (2016).N. Sluchanko, V. Glushkov, S. Demishev et al., Phys. Rev. B 96, 144501 (2017). DOI: 10.1103/ PhysRevB.96.144501D. J. Kim, J. Xia, and Z. Fisk, Nat. Mater. 13, 466 (2014). DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.106408E. Dagotto, Sciencе 309, 257 (2005).E. S. Zhukova, B. P. Gorshunov, G. A. Komandin et al., JETP Lett. 110, 79 (2019).E. S. Zhukova, B. P. Gorshunov, G. A. Komandin et al., Phys. Rev. B 100, 104302 (2019)H. Werheit, V. Filipov, N. Shitsevalova et al., J. Phys. Condens. Matter 24, 385405 (2012). DOI: 10.1088/ 0953-8984/24/38/385405Б. П. Горшунов, А. А. Волков, А. С. Прохоров, И. Е. Спектор. ФТТ 50, 1921 (2008).S.-I. Kimura, T. Nanba, S. Kunii, and T. Kasuya, J. Phys. Soc. Jpn. 59, 3388 (1990). DOI: 10.1143/ JPSJ.59.3388B. P. Gorshunov, E. S. Zhukova, G. A. Komandin et al., JETP Lett. 107, 100 (2018). DOI: 10.1134/ S0021364018020029N. E. Sluchanko, A. N. Azarevich, A. V. Bogach et al., J. Phys. Condens. Matter 31, 065604 (2019). DOI: 10.1088/1361-648X/aaf44eN. B. Bolotina, A. P. Dudka, O. N. Khrykina et al., Phys. Rev. B 100, 205103 (2019).M. Hartstein, Hsu Liu, Yu-Te Hsu et al., Science 23, 101632 (2020).M. Xia, J. Jiang, Z. R. Ye et al., Sci. Rep. 4, 5999 (2014).Z. Yahia, S. Turrell, J. Turrell and J. P. Mercurio, J. Molecular Struct. 224, 303 (1990).S.-I. Kimura, T. Nanba, S. Kunii, and T. Kasuya, J. Phys. Soc. Jpn. 61, 371 (1992).E. Franzeskakis, N. de Jong, J. X. Zhang et al., Phys. Rev. B 90, 235116 (2014).Tay-Rong Chang, Tanmoy Das, Peng-Jen Chen et al., Phys. Rev. B 91, 155151 (2015).Chang-Jong Kang, J. D. Denlinger, J. W. Allen, et al., Phys. Rev. Lett. 116, 116401 (2016).Yazhou Zhou, Dae-Jeong Kim, Priscila F. S. Rosa et al., Phys. Rev. B 92, 241118 (2015).