Янушкевич К.И. Твердые растворы монохалькогенидов 3d-металлов

Подождите немного. Документ загружается.

200

магнитного упорядочения во всем интервале температур изучения их

магнитных свойств.

CoTe 0,2 0,4 0,6 0,8 NiTe

300

900

1000

1100

1200

1300

300

900

1000

1100

1200

1300

T, K

Рис. 4.7.18. Фазовая диаграмма магнитного состояния системы Co

1–x

Te.

(F – область концентраций ферромагнитного упорядочения; P — область

концентраций и температур парамагнитного состояния) [334].

4.7.3. Удельное электросопротивление сплавов системы Co

1–x

Te.

На рисунках 4.7.19 и 4.7.20 представлены температурные зависимости

удельного электросопротивления = f(T) сплавов системы Co

1–x

Te (0 ≤ x ≤

1,0), полученных прессованием под давлением P = 7,0 ГПа и температуре

~ 1270 K. Из температурных зависимостей удельного электросопротивления

следует, что в области от температуры кипения жидкого азота до температур ~

400 - 550 K все составы твердых растворов Co

1–x

Te обладают металлическим

типом проводимости. Выше этих температур можно наблюдать аномалии на

температурных зависимостях удельного электросопротивления всех сплавов.

Появление аномалий на зависимостях = f(T) может быть обусловлено

отжигом образцов в процессе измерения электросопротивления при высоких

температурах, сопровождаемым разрушением метастабильного состояния.

Наименьшим значением удельного электросопротивления ρ ~ 0,56 ∙ 10

–4

Ом∙см

при температуре жидкого азота обладает теллурид никеля, который является

парамагнетиком во всем температурном интервале исследований. Наибольшее

значение удельного электросопротивления ρ ~2,5 10

–4

Ом∙см при температуре

жидкого азота у состава Co

0,8

0,2

Te, обладающего магнитным упорядочением

201

Рис.4.7.19. Температурные зависимости удельного электросопротивления сплавов

1–x

Te (0 ≤ x ≤ 0,5) [316]

при этой температуре. Удельная электропроводность сплава CoTe при

комнатной температуре равна σ ~ 4,8 ∙10

Ом

-1

∙см

-1

и хорошо согласуется с

литературными данными σ ~ 4,5 ∙10

Ом

-1

∙см

-1

[315].

На рисунке 4.7.21. представлены концентрационные зависимости ρ = f(х)

сплавов системы Co

1–x

Te при температурах 77, 293 и 500 K, которые имеют

вид плавных кривых с максимумом. Это характерно для образования

непрерывного ряда твердых растворов. То, что удельное электросопротивление

металлов зависит не только от химического состава сплава, но и от состояния

его кристаллической структуры впервые показал Н.С. Курнаков [331]. Если

металлы образуют твердые растворы, то удельное электросопротивление резко

возрастает из-за сильного искажения электрического поля кристаллической

202

Рис. 4.7.20. Температурные зависимости удельного электросопротивления

сплавов Co

1–x

Te (0,6≤х≤1,0) [316]

CoTe 0,2 0,4 0,6 0,8 NiTe

77 K

, 10

-4

Ом·см

293 K

500 K

Рис. 4.7.21. Концентрационные зависимости удельного электросопротивления

сплавов системы Co

1–x

Te (0 ≤ x ≤ 1,0) при различных температурах [316]

203

решетки металла - растворителя атомами растворяемого металла. Зависимость

изменения удельного электросопротивления от состава при образовании

твердых растворов представляет собой плавную выпуклую кривую с

максимумом сопротивления при концентрациях 50% (атомных) каждой фазы,

но может иметь место и некоторое смещение максимума к другим значениям

концентрации. Например – в сплавах на основе ферромагнитных или сильно

парамагнитных металлов [332]. В случае системы Co

1–x

Te смещение

максимума в сторону твердых растворов с большим содержанием теллурида

кобальта может быть обусловлено и большей дефектностью кристаллической

структуры составов 0,1≤х≤0,4 по отношению к остальным.

204

Заключение

Анализ результатов экспериментов, приведенных в монографии,

показывает, что благодаря синтезу твердых растворов сульфидов, селенидов,

теллуридов 3d- элементов значительно расширяется количество веществ с

контролируемо изменяющимися свойствами, присущих образующим их

монохалькогенидам. Особого внимания заслуживает увеличение составов,

обладающих фазовым переходом типа металл-полупроводник (металл -

диэлектрик), вследствие его большой практической значимости. Фазовый

переход типа «металл - полупроводник» присущ твердым растворам

большинства исследованных систем сульфидов и селенидов 3d-металлов.

Среди теллуридов – в системе твердых растворов Cr

1-x

Te. Вещества,

имеющие такие фазовые превращения, уже нашли широкое применение при

создании матриц переключающих элементов в устройствах микроэлектроники.

Не меньшую значимость для практического использования халькогенидов

переходных металлов имеет экспериментально установленный факт наличия

сосуществования магнитных и полупроводниковых свойств у большинства

изученных твердых растворов, востребованных новой отраслью

микроэлектроники – спинтроникой.

***

В монографии наряду с литературными данными, результатами,

полученных лично автором, обобщены и результаты исследовательских групп

лаборатории Физики магнитных материалов ГО «НПЦ НАН Беларуси по

материаловедению», работавших над выполнением Республиканских научно –

исследовательских программ «Кристалл», «Структура» 1993-2000 г.,

«Кристаллофизика» 2001-2005 г., Республиканских проектов выполняемых при

финансовой поддержке Фонда фундаментальных исследований РБ: Ф00-203,

Ф03-228, Ф04Р-025, Ф08Р-037.

***

Автор благодарен всем своим Коллегам, сотрудникам лаборатории

Физики магнитных материалов ГО «НПЦ НАН Беларуси по

материаловедению», сотрудникам лаборатории Резонанстных свойств

магнитоупорядоченных веществ Института Физики им. Л.В.Киренского СО

РАН за плодотворное сотрудничество при проведении эксперимента, его

интерпретации, за доброжелательное отношение при обсуждении результатов

настоящей монографии.

Особая признательность профессору Геннадию Иосифовичу

Маковецкому, моему учителю, много лет назад увидевшему значимость

твердых растворов халькогенидов переходных металлов для фундаментальных

исследований и практического использования.

205

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Бугаев, А.А. Фазовый переход металл - полупроводник и его применение /

А.А.Бугаев, Б.П.Захарченя, Ф.А.Чудновский. – М.: Наука (Ленинградское

отделение), 1979. – 183 с.

2. Вонсовский, С.В. Магнетизм. М.: Наука, Москва 1971.- 1032 с.

3. Борухович, А.С. Физика материалов и структур сверхпроводящей и

полупроводниковой спиновой электроники /А.С.Борухович.-

Екатеринбург.-2004.– 175с.

4. Шашкин, А.А. Переходы металл-диэлектрик и эффекты электрон –

электронного взаимодействия в двумерных электронных системах

(Обзоры актуальных проблем) / А.А.Шашкин // Успехи физических наук

РАН.- 2005. – Т. 175, №2. - С.139-161.

5. Лашкарев, Г.В. Магниторазведенные ферромагнитные полупроводники

как материалы спиновой электроники / Г.В. Лашкарев, М.В.Радченко,

В.А.Карпина, В.И.Сичковский // Физика низких температур.- 2007. – Т.33,

№2/3.- С.228-238

6. Яковлев, Ю.М. Магнитные полупроводники для устройств

функциональной электроники / Ю.М.Яковлев, А.И.Меркулов // Обзоры по

электронной технике. Серия Материалы.- М., -1983. - вып.№9. - С.17-46.

7. Нагаев, Э.Л. Физика магнитных полупроводников / Э.Л.Нагаев. –

М.:Наука, 1979. – 432 с.

8. Lawniczak-Jablonska, K.. Anisotropy of bonds at antiferromagnetic transition

in MnTe – based layers / K. Lawniczak-Jablonska, I.N.Demchenko,

W.Szuszkiewicz // Synchrotron Radiation in Natural Science. – 2005. – Vol.4,

No.1-2. – P.26-27.

9. Никитин, П.И. Эффект Фарадея в нанокристаллах CdMnTe, выращенных

методом лазерного напыления / П.И.Никитин, А.И.Савчук, И.Д.Столярчук

// Квантовая электроника. - 1998. - Т.25, №7.-С.579-581.

10. Агекян, В.Ф. Оптические свойства структур с квантовыми ямами

0.6

0.4

Te/Cd

0.5

Te / В.Ф.Агекян, Н.Н.Васильев, А.Ю.Серов //

Физика Твердого Тела. – 2004.- Т.46, вып.9. – С.1719 – 1722.

11. Heikens, H.H. Electrical properties of α – MnS / H.H. Heikens, C.F. van

Bruggen, C.J.Haas // J. Phys. Chem. Solids. – 1978.. – V. 39. – P. 833 – 840.

12. Малаховский, А.В. Оптические и магнитные свойства α – MnS и их связь с

фазовыми переходами / А.В.Малаховский, Т.П.Морозова, В.Н.Заблуда и

др.// ФТТ. – 1990. – Т.32, №4. – С.1012 – 1019.

13. Петраковский, Г.А. Твердые растворы Fe

1-x

S с колоссальным

магниторезистивным эффектом / Петраковский Г.А., Рябинкина Л.И.,

Абрамова Г.М., Балаев Д.А.,Киселев Н.И., Романова О.Б., Янушкевич К.И.

// Известия РАН, серия физическая. – 2002. – Т.66, №6. – С.856 – 859.

14. Chen, P. Giant Magnetoresistance in NiS / P. Chen, Y.W. Du. // Journal of the

Physical Society of Japan. – 2001. - Vol.70, No.1. - P. 2009 - 211.

206

15. Chen, P. Large magnetoresistance and field – induced transition in Ni

1-x

S / P.

Chen, Y.W. Du. // Materials Letters. – 2002. - Vol.52.- P. 255-258.

16. Peng, Q. Synthesis of Uniform CoTe and NiTe Semiconductor Nanoclaster

Wires through a Novel Coreduction Method / Qing Peng, Yajie Dong, Yadong

Li. // Inorg.Chem. – 2003. - V.43. - P.2174-2175.

17. Маковецкий, Г.И. Свойства систем твердых растворов на основе

халькогенидов 3d-переходных элементов / Г.И.Маковецкий,

К.И.Янушкевич, А.И.Галяс и др.// Актуальные проблемы физики твердого

тела: сборник статей к 40-летию ИФТТП НАНБ и 90-летию его основателя

акад. Н.Н.Сироты / ГНУ ОИФТТП НАНБ; под редакцией академика

Н.М.Олехновича и др. – Минск.:Бел.навука, 2003.- С.20 – 42.

18. Спиридонов, Ф.М. Химия халькогенидов / Ф.М.Спиридонов,

В.П.Зломанов // Под.ред. Ю.Д.Третьякова.- Москва. Изд-во МГУ.-2000.-

186с.

19. Девятых Г.Г. Высокочистые халькогены / Г.Г.Девятых, М.Ф.Чурбанов.-

Нижгий Новгород. Изд-во Нижегородского университета.- 1997.- 244с.

20. Хьюи, Дж. Неорганическая химия. Строение веществ и реакционная

способность / Дж.Хьюи.- М.: Химия. 1987 г.- 696с.

21. Эмсли, Дж. Элементы / Дж.Эмсли. М.: «Мир», С.86-87, С.171-176, С.188-

189.

22. Турова, Н.Я. Неорганическая химия в таблицах / Н.Я.Турова.- М.:

МГУ.1999- 115с.

23. Физические величины: Справочник / А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина,

А.М.Братковская и др.; под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова.- М.:

Энергоатомиздат. - 1991.- 1232с.

24. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма. Магнитные свойства вещества./

С.Тикадзуми.- М.:Мир.- 1983.-302с.

25. Тикадзуми, С. Физика ферромагнетизма. Магнитные характеристики и

практические применения. / С.Тикадзуми.- М.:Мир.- 1987.-419с.

26. Урусов, В.С. Геохимия твердого тела / В.С.Урусов, В.Л.Таусон,

В.В.Акимов // М.: ГЕОС, 1997.- 500с.

27. Попова, С.В. Фазы высокого давления в системе GaSb-Mn / С.В.Попова,

О.А.Сазанова, В.В.Бражкин и др.// Физика твердого тела. – 2006. – Т.48,

вып.11. – С.2057 – 2062.

28. Юношев, А.С. Ударно – волновой синтез кубического нитрида кремния /

А.М.Юношев // Физика горения и взрыва.- 2004.- Т.40.- №3.- С.132-135.

29. Козленко, Д.П. Нейтронографическое исследование структурного

перехода в тройном соединении HgTe

0.85

0.15

под давлением /

Д.П.Козленко, В.В.Щепников, В.И.Воронин и др.// Физика твердого тела.

– 2002 – Т.44, вып.9. – С.1548 – 1553.

30. Довыдов, В.А. Полимерные фазы высокого давления фуллерена С

синтез, идентификация, исследование свойств / В.А.Довыдова,

Л.С.Кашеварева, А.В.Рахманина и др.// Рос. хим. журнал.-2001.- Т.XLV,

207

№4. – С.25 – 34.

31. Жук, А.З. Ударно – волновое нагружение аморфного нитрида углерода в

ампулах сохранения / А.З.Жук, Т.И.Бурдина, В.В.Милявский и др.//

Теплофизика высоких температур. – 2001.-Т.39.-№1.- С.154 – 160.

32. Завадский, Э.А. Магнитные фазовые переходы / Э.А.Завадский,

В.И.Вальков.- Киев: Наукова Думка.- 1980.-196с.

33. Сторонкин, А.В. Термодинамика гетерогенных систем / А.В.Сторонкин.-

Л.: Изд-во Ленингр. ун-та.- 1967.- Ч.1 и 2.- 447 с; 1969, Ч.3, .-190 с.

34. Bakul, V.N. Dispozitif pour production une pression et une haute temperature /

V.N. Bakul, A.I. Prikhna, A.A. Schulzenko // French Pat. N2091456 – Bull.

Offic., – N7 – 1972.

35. Дутов, А.Г. Спонтанный синтез кристаллов алмаза из графита,

облученного гамма-квантами / А. Г. Дутов [и др.] // Кристаллография. –

Т.51, № 1. – 2006. – С.130-136.

36. Vereschagin, L.F. Dispozitif pour la creation une haute pression et haute

temperature / L.F. Vereschagin, V.N. Bakul, A.A. Semerchan // French Pat.

N2092327 – Bull. Offic., – N8 – 1972.

37. Kolchin, A.Y. Dispozitif pour produire une haute pression / A.Y. Kolchin, V.M.

Veprintsev, L.I. Kljachko [et al.] // French Pat. N2122772 – Bull. Offic. – N40.

– 1972.

38. Sirota, N.N. Devise for establishing high pressure and temperature / N.N. Sirota,

A.M. Mazurenko, N.A. Strukov. – USA Pat. N3790322. – Offic.Gazette. – N1.

– 1974.

39. Розова, М.Г. Элементы структурной неорганической химии / М.Г.Розова,

Р.В.Шпанченко.- М.: МГУ, Химический факультет.- 2001.-23 с.

40. Пенкаля Т. Очерки кристаллохимии / Т.Пенкаля. – Изд-во:«Химия»,

Ленинградское отделение.-1974.-496 с.

41. Чупрунов, Е.А. Кристаллография / Е.А.Чупрунов, А.Ф. Хохлов,

М.А.Фаддеев. - М.: Изд-во физ.-мат.лит.- 2000. - 493 с.

42. Урусов, В.С. Теоретическая кристаллохимия / В.С.Урусов.- М.: Изд-во

МГУ.-1987.-275с.

43. Костов, И. Кристаллография / И. Костов.– М.: Изд-во «Мир».– 1965.– 528

с.

44. Воган Д. Химия сульфидных материалов. / Д. Воган, Дж.Крейг. – Изд-во

«Мир». – 1981. – 575 с.

45. Романова, О.Б. Исследование магнитосопротивления в сульфидах

марганца: диссертация на соискание степени канд. физ.-мат.наук.:

01.04.07 / О.Б. Романова. – Красноярск, 2003. – 118 с.

46. Самсонов, Г.В. Сульфиды / Г.В. Самсонов, С.В. Дроздова – М.: Изд-во

«Металлургия». – 1972. – 304 с.

47. Rao, C.N.R. Transition metal sulfides / C.N.R. Rao, K.P.R. Picharody //

Progress in solid state. – 1976. – V. 10, part. 4. – P. 207-270.

48. Переход антиферромагнетик-ферромагнетик в сульфидах марганца α–

208

S / Г.А. Петраковский [и др.] // Физика твердого тела. – 2001. – Т.43,

вып.3. – С.474-476.

49. Kjekshus, A. Phases with the nikel arsenide and closely-related structures /

A. Kjekshus, W.B. Pearson // Progr. Solid. State Chem. – 1964. – V.1. – P. 86-

114.

50. Takaoka, S., Band edge structure transformation due to ferroelectric transition

in Pb

1-X

Te alloy semiconductors / S. Takaoka, K. Murase // J. Phys. Soc.

Jpn. – 1982. – V. 51, № 6. – P. 1769-1777.

51. Clendenen, R.L. Lattice parameters of nine oxides and sulfides as a function of

pressure / R.L. Clendenen, H.G. Drickamer // J.Chem.Phys. – 1966. – V.44,

No.11. –P.4223-4228.

52. Heikens, H.H. On the nature of a new phase transition in -MnS / H.H. Heikens,

G.A. Wiegers, C.F. van Bruggen // Sol.St. Com. – 1977. – V.24, No.3. – P.205-

209.

53. Smart, J.S. Crystal structure transition in antiferromagnetic compounds at the

Curie temperature / J.S.Smart, S.Greenwald.// Phys.Rev. – 1951. – V.82, Issue

1. – P.113-114.

54. Озеров, Р.П. Нейтронографическое изучение магнитной структуры

антиферромагнетиков / Р.П. Озеров // Успехи физических наук. – 1952. –

Т.XLVII, вып.3. – С.445-469.

55. Спин – зависимый транспорт в монокристалле α – MnS / С.С. Аплеснин [и

др.] // Физика твердого тела. – 2004. – Т.46, вып.11. – С.2000-2005.

56. Huffman, D.R. Optical properties of -MnS / D.R. Huffman, R.L. Wild // Phys.

Rev. – 1967. – V.156, No.3. - P. 989-997.

57. Оптические и магнитооптические свойства -MnS / Т.П. Морозова [и др.]

// Красноярск. – Препринт ИФ СО АН СССР. – 1985. – № 524-Ф. – C. 23.

58. Анизотропия оптического поглощения -MnS / И.С. Эдельман [и др.] //

Физика твердого тела. – 2001. – Т. 43, В.8. – С. 1488-1490.

59. Optical properties of -MnS single crystal / O.B. Romanova [et al.] // Phys.

Met. Metallogr. – 2002. – V. 93, suppl.1. – P. 85-87.

60. International Centre for Difraction Data [Электронный ресурс]: «База

рентгеновских данных Международного Центра». – Электрон.данн. (400

Мб). – Электрон.опт.диск (CD-ROM) - PCPDFWIN, JCPDS. – 1998, V.2. –

89-6272; 89-6270; 89-6268; 89-4206; 24-0080; 02-1241.

61. Goodenough, J. Some comparisons of fluorides, oxides and sulfides containing

divalent transition elements / J. Goodenough // Sol.State Chem., Ch.6/Ed. Rao

C.N.R. Y.: Marcel Dekker, 1974, P.215-364.

62. Буллах, А.Г. Что такое минерал / А.Г. Булах // Соросовский

образовательный журнал. – 1999. – №6. – С.68-74.

63. Хансен, М. Структуры двойных сплавов / М. Хансен, К. Андерко. – М.:

Изд-во «Металлургия»; Т.2. – 1962. – 1488 с.

64. Элиот, Р.П. Структуры двойных сплавов / Р.П. Элиот. – М.: Изд-во

209

«Металлургия»; Т.1. – 1970. – 455с.

65. Kruse, O. Phase transition and kinetic in natural FeS measured by X – ray

diffraction and Mossbauer spectroscopy at elevated temperatures / O. Kruse //

American Mineralogist. – 1992. – V.77. – P.391-398.

66. Andresen, A.F. Phase transitions in Fe

S (x=0.90-1.00) studied by neutron

diffraction / A.F. Andresen, P. Torbo // Acta Chemica Scandinavica. – 1967. –

V.21. – P.2841-2848.

67. King, H.E. High pressure and high temperature polymorphism of iron sulfide

(FeS) / H.E. King, C.T. Prewitt // Acta Crystallographica B. – 1982. – V.38. –

P.1877-1887.

68. Ramselaar, W.L.T.M. Iron Sulfide Containing Hydrodesuphurization Catalysts.

Mossbauer Study of the Sulhidibility of α-Iron (III) Oxide / W.L.T.M.

Ramselaar, V.H.J. De Beer, A.M. Van Der Kraan // Applied Catalysis. – 1988.

– V.42. – P.153-167.

69. Baek, K.S. Crystallographic and Magnetic Properties of Sulfur-Deficient Iron

Sulfide / K.S. Baek, K.Y. Park, H.N. Ok // Journal of the Korean Physical

Society. – 1991. – V.24, N.4. – P.340-342.

70. Ok, H.N. Crystallographic and Magnetic Properties of Iron-Deficient Iron

Sulfide / H.N. Ok, K.S. Baek, H.J. Kim // Journal of the Korean Physical

Society. – 1992. – V.25, N.5. – P.447- 449.

71. Synthesis and Rietveld crystal structures refinement of mackinawaite,

tetragonal FeS / A. R. Lennie [et al.] // Mineralogical Magazine. – 1995. – V.

59, N. 4. – P.677-683.

72. Martin, P. An ab initio study relative stabilities and equations of state of FeS

polymorphs / P. Martin, G.D. Pruce, L. Vocadlo // Mineralogical Magazine. –

2001. – V.65, N.2. – P.181-191.

73. Ab-initio simulations of magnetic iron sulphides / Kathleen Wright [et al.] //

Molecular Simulation. – 2005. – V.31, N.5. – P.379-384.

74. Sparks, J.T. Neutron diffraction investigation of the magnetic and structural

properties of near stoichiometric iron sulfide / J.T. Sparks, W. Mead, T.

Komoto // J.Phys.Soc.Jap. – 1962. – V.17, suppl.B-1. – P.249-252.

75. Structure of FeS phase III / R.J. Nelmes [et al.] // ISIS Experimental Report, RB

Number: 9077. – Date of Report: 01/07/1997. – P.1.

76. Лосева, Г.В. Переход металл – диэлектрик в сульфидах 3d – металлов /

Г.В.Лосева, С.Г.Овчинников, Г.А.Петраковский. – Новосибирск: Изд-во

«Наука», Сибирское отделение. – 1983. – 144с.

77. Нeмойтин, М.А. Рентгенографическое исследование полиморфизма

моносульфида никеля. Порошкограммы γ- и β – модификаций / М.А.

Нeмойтин, Р.А. Звинчук // Вестник ЛГУ. – 1969. – №10, вып.2, физика-

химия. – С.88-92.

78. The kinetic of the α – β transition in synthetic nickel monosulfide / H. Wang //

American Mineralogist. – 2006. – V.91. P.171-181.

79. Black, S. N. An electron-optical study of nickel monosulfide / S. N.