Монохалькогениды самария
Монохалькогениды самария представляют собой химические соединения состава SmX, где Sm обозначает лантанидный элемент самария , а X обозначает любой из трех халькогенных элементов: серы , селена или теллура , в результате чего образуются соединения SmS , SmSe или SmTe . В этих соединениях самарий формально проявляет степень окисления +2, тогда как обычно он принимает степень +3, в результате чего образуются халькогениды с химической формулой Sm 2 X 3 .
Синтез
[ редактировать ]Монокристаллы или поликристаллы монохалькогенидов самария можно получить путем взаимодействия металла с парами серы, селена или теллура при высокой температуре. [1] Тонкие пленки можно получить методом магнетронного распыления. [2] или физическое осаждение из паровой фазы электронным лучом , то есть бомбардировка металлической мишени из самария электронами в атмосфере соответствующего газа (например, сероводорода для SmS). [3]
Характеристики
[ редактировать ]| Формула | Постоянная решетки нм [1] | Удельное сопротивление Ом·см | Запрещенная зона эВ |
|---|---|---|---|
| SMS | 0.597 | 0.001–0.01 | 0.15 |
| SMS | 0.620 | ~3000 | 0.45 |
| СмТе | 0.6594 | ~1000 | 0.65 |
Монохалькогениды самария — черные полупроводниковые твердые вещества с каменной соли кубической кристаллической структурой . Приложение умеренного гидростатического давления превращает их в металлы. Если в SmSe и SmTe переход непрерывен и происходит при давлениях около 45 и 60 кбар соответственно, то в SmS он резкий и требует всего лишь 6,5 кбар. Аналогичный эффект наблюдается в монохалькогенидах другого лантаноида — тулия . [4] Это приводит к впечатляющему изменению цвета от черного до золотисто-желтого при царапании или механической полировке SMS. [3] [5] Переход не меняет кристаллическую структуру, но наблюдается резкое снижение (около 15 %). [6] в объёме кристалла. Наблюдается гистерезис . , то есть при сбросе давления SmS возвращается в полупроводниковое состояние при гораздо более низком давлении, около 0,5 кбар [1]
С ростом давления у монохалькогенидов самария изменяются не только цвет и электропроводность, но и другие свойства. Их металлическое поведение обусловлено уменьшением запрещенной зоны , которое при нулевом давлении составляет 0,15, 0,45 и 0,65 эВ в SmS, SmSe и SmTe соответственно. [1] [4] При давлении перехода (6,5 кбар в SmS) щель все еще конечна, а низкое сопротивление обусловлено термически активированной генерацией носителей в узкой запрещенной зоне. Разрыв сокращается примерно при 20 кбар, когда SmS становится настоящим металлом. При этом давлении материал также переходит из парамагнитного состояния в магнитное. [6]
Переход полупроводник-металл в монохалькогенидах самария требует приложения давления или наличия собственного напряжения, например в тонких пленках, а при снятии этого напряжения происходят обратные изменения. Такое освобождение может быть вызвано различными способами, например, нагревом примерно до 200 °C. [3] или облучение импульсным лазерным лучом высокой интенсивности. [2] [7]
Возможные применения
[ редактировать ]Изменение удельного электрического сопротивления в монохалькогенидах самария можно использовать в датчике давления или в запоминающем устройстве, срабатывающем между низкоомным и высокоомным состоянием внешним давлением. [8] и такие устройства разрабатываются коммерчески. [9] Моносульфид самария также генерирует электрическое напряжение при умеренном нагревании примерно до 150 °C, что может быть применено в термоэлектрических преобразователях энергии . [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Джаяраман, А.; Нараянамурти, В.; Бучер, Э.; Мейнс, Р. (1970). «Непрерывный и прерывистый переход полупроводник-металл в монохалькогенидах самария под давлением». Письма о физических отзывах . 25 (20): 1430. Бибкод : 1970PhRvL..25.1430J . дои : 10.1103/PhysRevLett.25.1430 .
- ^ Jump up to: а б Китагава, Р.; Такебе, Х.; Моринага, К. (2003). «Фотоиндуцированный фазовый переход тонких пленок металлического SmS с помощью фемтосекундного лазера». Письма по прикладной физике . 82 (21): 3641. Бибкод : 2003ApPhL..82.3641K . дои : 10.1063/1.1577824 .
- ^ Jump up to: а б с Роджерс, Э; Смет, ПФ; Доренбос, П; Поэльман, Д; Ван дер Колк, Э. (2010). «Термически индуцированный фазовый переход металл-полупроводник в тонких пленках моносульфида самария (SmS)» (скачать бесплатно) . Физический журнал: конденсированное вещество . 22 (1): 015005. Бибкод : 2010JPCM...22a5005R . дои : 10.1088/0953-8984/22/1/015005 . ПМИД 21386220 . S2CID 17888041 .
- ^ Jump up to: а б KHJ Бушоу Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов , Elsevier, 2005 г. ISBN 0-08-044586-1 стр. 318
- ^ Эмсли, Джон (2001). «Самарий» . Строительные блоки природы: Путеводитель по элементам от Аризоны . Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. п. 374 . ISBN 978-0-19-850340-8 .
- ^ Jump up to: а б Эрик Борепер (ред.) Магнетизм: подход к синхротронному излучению , Springer, 2006 г. ISBN 3-540-33241-3 стр. 393
- ^ Де Томази, Ф (2002). «Влияние лазерного облучения на стойкость пленок SmS». Тонкие твердые пленки . 413 (1–2): 171–176. Бибкод : 2002TSF...413..171D . дои : 10.1016/S0040-6090(02)00235-3 .
- ^ Элмегрин, Брюс Г. и др. Энергонезависимая ячейка памяти с пьезоуправлением и гистерезисным сопротивлением. Заявка на патент США 12/234100, 19.09.2008.
- ^ SmS Tenzo. Архивировано 15 марта 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ Каминский В.В.; Соловьев С.М.; Голубков, А.В. (2002). «Генерация электродвижущей силы в гомогенно нагретом полупроводниковом моносульфиде самария» . Письма по технической физике . 28 (3): 229. Бибкод : 2002ТеФЛ..28..229К . дои : 10.1134/1.1467284 . S2CID 122463906 . Архивировано из оригинала 15 марта 2012 г. другие статьи на эту тему. Архивировано 15 марта 2012 г. на Wayback Machine.