Диселенид ниобия
 2H NbSe 2 Структура
| |
 Электронная микрофотография, показывающая локальное сосуществование различных структур NbSe 2 в одном образце.
| |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена
Селенид ниобия(IV)
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.634 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| НбСе 2 | |
| Молярная масса | 250.83 g/mol [ 1 ] |
| Появление | Серый сплошной [ 1 ] |
| Плотность | 6,3 г/см 3 [ 1 ] |
| Температура плавления | >1300 °С [ 1 ] |
| Структура | |
| hP6 , пространственная группа P6 3 /ММК, № 194 [ 2 ] | |
а = 0,344 нм, с = 1,254 нм
| |
| Тригонально-призматический (Nb IV ) Пирамидальный (Se 2− ) | |
| Родственные соединения | |
Другие анионы
|
Диоксид ниобия |
Другие катионы
|
Диселенид молибдена Диселенид вольфрама |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Диселенид ниобия или селенид ниобия(IV) представляет собой слоистый дихалькогенид переходного металла с формулой NbSe 2 . Диселенид ниобия представляет собой смазку и сверхпроводник при температурах ниже 7,2 К, которые проявляют волну зарядовой плотности (ВЗП). NbSe 2 кристаллизуется в нескольких родственных формах и может механически расслаиваться на одноатомные слои, подобно монослоям дихалькогенидов других переходных металлов . Монослой NbSe 2 демонстрирует свойства, сильно отличающиеся от основного материала, такие как изинговская сверхпроводимость, квантово-металлическое состояние и сильное усиление ВЗП. [ 3 ]
Синтез
[ редактировать ]
Кристаллы и тонкие пленки диселенида ниобия можно выращивать методом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Порошки оксида ниобия, селена и NaCl нагревают до различных температур в диапазоне 300–800 °С при атмосферном давлении в печи, позволяющей поддерживать градиент температуры вдоль ее оси. Порошки помещаются в разные места печи, а в качестве газа-носителя используется смесь аргона и водорода. Толщину NbSe 2 можно точно контролировать, изменяя температуру порошка селена. [ 3 ]
Монослои NbSe 2 также можно отслаивать от массы или наносить методом молекулярно-лучевой эпитаксии . [ 3 ]
Структура
[ редактировать ]Диселенид ниобия существует в нескольких формах, включая 1H, 2H, 4H и 3R, где H означает гексагональную, а R — ромбоэдрическую, а цифры 1, 2 и т. д. относятся к количеству слоев Se-Nb-Se в единице. клетка. Слои Se-Nb-Se связаны между собой относительно слабыми силами Ван-дер-Ваальса и могут расслоиться на монослои 1H. Их можно компенсировать различными способами, создавая различные кристаллические структуры, наиболее стабильной из которых является 2H. [ 4 ]
Характеристики
[ редактировать ]сверхпроводник
[ редактировать ]NbSe 2 — сверхпроводник с критической температурой Т с = 7,2 К. [ 5 ] Критическая температура падает при NbSe 2 интеркалировании слоев другими атомами или при уменьшении толщины образца, при этом T C в монослое составляет ~1 К. [ 3 ] Недавние исследования показывают инфракрасное фотодетектирование в устройствах NbSe 2 . [ 6 ]
Волна плотности заряда
[ редактировать ]Наряду с ВЗП в решетке возникает периодическое искажение решетки около 26 К. Этот период в три раза больше, чем у кристаллической решетки, так что получается сверхрешетка 3 на 3. [ 7 ] Существует также волна плотности куперовских пар, коррелирующая, но сдвинутая по фазе на 2 π ⁄ 3 с волной зарядовой плотности. [ 8 ]
Трение
[ редактировать ]NbSe 2 имеют более высокое трение, когда они очень тонкие. Листы [ 9 ]
Интеркаляция
[ редактировать ]Поскольку слои NbSe 2 слабо связаны друг с другом, различные вещества могут проникать между слоями, образуя четко определенные интеркаляционные соединения. Получены соединения с гелием, рубидием, переходными и постпереходными металлами. Между слоями могут быть добавлены дополнительные атомы ниобия, до трети дополнительных.
Дополнительные атомы металлов из первого ряда переходных металлов могут интеркалировать в соотношении до 1:3. они проходят между слоями. [ 4 ] Об интересном явлении самоинтеркаляции, избирательном по укладке, сообщалось в пленках Nb 1+x Se 2 , эпитаксиально выращенных с использованием гибридного импульсного лазерного осаждения (hPLD). [ 10 ] В настоящее время слои с высокой степенью интеркалирования, сложенные под углом 180°, и редко интеркалированные слои со сложением под углом 0°, разбросаны по длине нанометра. Это предполагает возможность детерминированного разделения отдельных фаз в некоторой степени в соответствующем масштабе длины для реализации областей различных электронных состояний.
Интеркалирование двух атомов гелия в формулу увеличивает расстояние между слоями до 2,9 и расстояние Se-Se до 3,52. [ 11 ] [ 12 ]
Рубидий
[ редактировать ]Когда рубидий интеркалируется, слои NbSe 2 разделяются, чтобы разместить его. Каждый отдельный слой также слегка сжимается. Расстояние Nb-Se остается прежним, но расстояние Nb-Nb в слое увеличивается. Расстояние Se-Se сверху и снизу слоя уменьшается, а угол Nb-Se-Nb увеличивается. Дополнительная электронная плотность переходит от атомов Rb к слою ниобия. [ 13 ]
Ванадий
[ редактировать ]Ванадий может входить в структуру 2H NbSe 2 в пределах 1%, замещая Nb. От 11% до 20% он образует структуру 4Hb с V в октаэдрической координации между слоями. Более 30% он образует структуру 1Т. [ 14 ]
Энергия Ферми смещается в d- зону. [ 15 ]
Железо
[ редактировать ]При легировании железом на уровне более 8% NbSe 2 может подвергаться спин-стекловому переходу при низких температурах. [ 16 ]
Водород
[ редактировать ]Водород может быть интеркалирован в NbSe 2 при высоком давлении и высокой температуре. В формулу может быть включено до 0,9 атомов водорода при сохранении той же структуры. При превышении этого соотношения структура меняется на структуру MoS 2 . При этом переходе кристаллографическая ось c увеличивается, а парамагнитная восприимчивость падает до нуля. Содержание водорода может достигать мольного соотношения 5,2 при давлении 50,5 атмосфер. [ 17 ]
Магний
[ редактировать ]Когда магний интеркалирован, электронные s-состояния не перекрываются с селеном, и это оказывает лишь небольшой эффект на снижение критической температуры сверхпроводимости. [ 18 ]
Возможные применения
[ редактировать ]Компания Bemol Incorporated производит диселенид ниобия в США для использования в качестве проводящей смазки в вакууме, поскольку он имеет широкий диапазон температурной стабильности, очень низкое выделение газов и более низкое сопротивление, чем графит. NbSe 2 использовался в качестве щеток двигателя или был покрыт серебром для создания самосмазывающейся поверхности. [ 19 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.78. ISBN 1-4398-5511-0 .
- ^ Раджора, О.С; Керзон, AE (1987). «Приготовление и рентгеноструктурное исследование слоевых материалов NbS x Se 2−x для 0 ⩽ x ⩽ 2». Физический статус Солиди А. 99 (1): 65. Бибкод : 1987ПССАР..99...65Р . дои : 10.1002/pssa.2210990108 .
- ^ Jump up to: а б с д Ван, Сянвэй, Цзюньхао; Чжу, Лю, Фуцай; Чжоу, Цзядун; Ван, Сювэнь; Сиу Хон; Вейбо, Кадзу; Ма, Ян, Чанли; Тео, Эдвин; Лю, Гуантонг; Лю, Чжэн (2017). Высококачественный монослойный сверхпроводник NbSe , методом химического осаждения из паровой фазы» : « 2 выращенный . 2017NatCo ... 8..394W . Bibcode : 10.1038/ . s41467-017-00427-5 5577275. PMID 28855521 .
- ^ Jump up to: а б Леви, Фрэнсис (2012). Кристаллография и кристаллохимия материалов со слоистой структурой . Springer Science & Business Media. стр. 9–12. ISBN 9789401014335 .
- ^ NbSe 2 , настоящий двумерный сверхпроводник . Физорг (6 ноября 2015 г.)
- ^ Орчин, Г.Дж.; Де Фацио, Д.; Ди Бернардо, А.; Хамер, М.; Юн, Д.; Кадоре, Арканзас; Гойхман И.; Ватанабэ, К.; Танигучи, Т. (24 июня 2019 г.). «Сверхпроводящие фотоприемники на основе диселенида ниобия». Письма по прикладной физике . 114 (25): 251103. arXiv : 1903.02528 . Бибкод : 2019ApPhL.114y1103O . дои : 10.1063/1.5097389 . ISSN 0003-6951 . S2CID 119349265 .
- ^ Рикко, Б. (1977). «Поверхность Ферми и волны зарядовой плотности в диселениде ниобия». Твердотельные коммуникации . 22 (5): 331–333. Бибкод : 1977SSCom..22..331R . дои : 10.1016/0038-1098(77)91442-9 .
- ^ Лю, Сяолун; Чонг, И Сюэ; Шарма, Рахул; Дэвис, Джей Си Симус (25 июня 2021 г.). «Открытие состояния волны плотности куперовской пары в дихалькогениде переходного металла». Наука . 372 (6549): 1447–1452. arXiv : 2007.15228 . дои : 10.1126/science.abd4607 . S2CID 220871205 .
- ^ «Выявлены наноразмерные характеристики трения» . Проверено 25 марта 2017 г.
- ^ Ван, Хунгуан; Чжан, Цзявэй; Шен, Чен; Ян, Чао; Кюстер, Катрин; Дойшле, Джулия; Старке, Ульрих; Чжан, Хунбинь; Исобе, Масахико; Хуанг, Деннис; ван Акен, Питер А.; Такаги, Хиденори (2024). «Прямая визуализация селективной самоинтеркаляции в эпитаксиальных Nb 1+x Se 2 пленках » . Природные коммуникации . 15 : 2541. дои : 10.1038/s41467-024-46934-0 . ПМЦ 10957900 .
- ^ Биркс, Арканзас; Хинд, СП; Ли, премьер-министр (1976). «Изменения зонной структуры в интереалатах диселенида ниобия». Физический статус Solidi B. 76 (2): 599–604. Бибкод : 1976ПССБР..76..599Б . дои : 10.1002/pssb.2220760219 .
- ^ Браун, Брюс Э.; Бернстен, Дональд Дж. (1965). «Политипизм слоистой структуры селенидов ниобия и тантала» (PDF) . Акта Кристаллографика . 18 : 31–38. дои : 10.1107/S0365110X65000063 .
- ^ Бурдиллон, AJ; Петтифер, РФ; Марселья, Э.А. (1979). «EXAFS в диселениде ниобия, интеркалированном рубидием». Журнал физики C: Физика твердого тела . 12 (19): 3889–3897. Бибкод : 1979JPhC...12.3889B . дои : 10.1088/0022-3719/19.12.007 .
- ^ Баярд, Мишель; Ментцен, Бернард Ф.; Сиенко, МЮ (1976). «Синтез и структурные аспекты ванадийзамещенных диселенидов ниобия». Неорганическая химия . 15 (8): 1763–1767. дои : 10.1021/ic50162a005 .
- ^ Ибрагем, Мохаммед Азиз; Хуан, Вэй-Чи; Лан, Тянь-вэй; Бупати, Карунакара Мурти; Сяо, Юй-Чен; Чен, Чи-Хан; Будиаван, Видья; Чен, Ян-Юань; Чанг, Чиа-Сен; Ли, Лэйн-Джонг; Цай, Чи-Хун; Чу, Чи Вэй (2014). «Контролируемое механическое расщепление объемного диселенида ниобия до наноразмерных структур листов, стержней и частиц для солнечных элементов, не содержащих платины, сенсибилизированных красителями». Журнал химии материалов А. 2 (29): 11382. дои : 10.1039/c4ta01881h .
- ^ Чен, MC; Слихтер, КП (1 января 1983 г.). «Исследование ЯМР в нулевом поле на спиновом стекле: диселенид ниобия, легированный железом» . Физический обзор B . 27 (1): 278–292. Бибкод : 1983PhRvB..27..278C . дои : 10.1103/PhysRevB.27.278 . ОСТИ 5197013 .
- ^ Куликов Леонид М.; Лазоренко Василий И.; Лашкарев, Георгий В. (2002). «Магнитная восприимчивость порошков водородных интеркалатов диселенида ниобия». Порошковая металлургия и металлокерамика . 41 (1/2): 107–111. дои : 10.1023/А:1016076918474 . S2CID 91726908 .
- ^ Наик, Субхам; Калайарасан, Сомеш; Нат, Рамеш К.; Саранги, Сачиндра Н.; Саху, Акшай К.; Самал, Дебаканта; Бисвал, Химансу С.; Самал, Сарой Л. (10 марта 2021 г.). «Номинальное влияние интеркаляции Mg на сверхпроводящие свойства 2H–NbSe 2». Неорганическая химия . 60 (7): 4588–4598. doi : 10.1021/acs.inorgchem.0c03545 . PMID 33689330 . S2CID 232197802 .
- ^ Компания Anglo Bell (октябрь 1965 г.). «Смазка на основе диселенида ниобия». Вакуум . 15 (10): 511. дои : 10.1016/0042-207X(65)90361-1 .
