Антимонид висмута
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol )
|
|
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.204.020 |
ПабХим CID
|
|
| Характеристики | |
| БиСб | |
| Молярная масса | 330.74 g/mol |
| Появление | Порошок от бледно-серого до темно-серого цвета |
| Плотность | 8,31 г/см 3 |
| Растворимость | нерастворимый |
| Структура | |
| Hexagonal , A7 , SpaceGroup = R-3m, No. 166 | |
а = 4,546 А, с = 11,860 А [ 1 ]
| |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
 
| |
| Предупреждение | |
| Х302 , Х332 , Х411 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Паспорт безопасности (SDS) | [1] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
Антимониды висмута , Висмут-сурьма или сплавы висмут-сурьма (Bi 1- x Sb x ) представляют собой бинарные сплавы висмута и сурьмы в различных соотношениях.
Некоторые из них, в частности Bi 0,9 Sb 0,1 , были первыми экспериментально обнаруженными трехмерными топологическими изоляторами , материалами, которые имеют проводящие поверхностные состояния, но имеют изолирующую внутреннюю часть. [ 2 ]
Различные сплавы BiSb также обладают сверхпроводимостью при низких температурах. [ 3 ] являются полупроводниками , [ 1 ] и используются в термоэлектрических устройствах. [ 4 ]
Сам антимонид висмута (см. рамку справа) иногда называют Bi 2 Sb 2 . [ 5 ]
Синтез
[ редактировать ]Кристаллы антимонидов висмута синтезируются путем плавления висмута и сурьмы в инертном газе или в вакууме. Зонную плавку используют для снижения концентрации примесей. [ 4 ] При синтезе монокристаллов антимонидов висмута важно удалить из образцов примеси, так как окисление, происходящее на примесях, приводит к росту поликристаллов. [ 1 ]
Характеристики
[ редактировать ]Топологический изолятор
[ редактировать ]Чистый висмут — полуметалл , содержащий небольшую запрещенную зону, что обусловливает его относительно высокую проводимость ( 7,7 × 10 5 См/м при 20 °C). Когда висмут легирован сурьмой, энергия зоны проводимости уменьшается, а энергия валентной зоны увеличивается. При концентрации сурьмы 4% две полосы пересекаются, образуя точку Дирака. [ 2 ] (которая определяется как точка пересечения зон проводимости и валентной зоны). Дальнейшее увеличение концентрации сурьмы приводит к инверсии зон, при которой энергия валентной зоны становится больше энергии зоны проводимости при определенных импульсах. При концентрациях Sb от 7 до 22% полосы больше не пересекаются, и Bi 1− x Sb x становится изолятором с обращенной зоной. [ 6 ] Именно при этих более высоких концентрациях Sb ширина запрещенной зоны в поверхностных состояниях исчезает, и, таким образом, материал проводит проводимость на своей поверхности. [ 2 ]
сверхпроводник
[ редактировать ]Наибольшие температуры, при которых Bi 0,4 Sb 0,6 в виде тонкой пленки толщиной 150–1350 Å становятся сверхпроводниками (критическая температура T c ) составляет примерно 2 К. [ 3 ] Монокристалл Bi 0,935 Sb 0,065 может быть сверхпроводящим при несколько более высоких температурах, а при 4,2 К его критическое магнитное поле B c (максимальное магнитное поле, которое может вытеснить сверхпроводник) составляет 1,6 Тл при 4,2 К. [ 7 ]
Полупроводник
[ редактировать ]Подвижность электронов является одним из важных параметров, описывающих полупроводники, поскольку она описывает скорость, с которой электроны могут перемещаться через полупроводник. При 40 К подвижность электронов составляла 4,9 × 10 5 см 2 /В·с при концентрации сурьмы от 0 до 2,4 × 10 5 см 2 /В·с при концентрации сурьмы 7,2%. [ 1 ] Это намного больше, чем подвижность электронов других распространенных полупроводников, таких как кремний , которая составляет 1400 см-1. 2 /В·с при комнатной температуре. [ 8 ]
Другим важным параметром Bi 1− x Sb x является эффективная масса электрона (ЭЭМ), мера отношения ускорения электрона к силе, приложенной к электрону. Эффективная масса электрона составляет 2 × 10 −3 m e для x = 0,11 и 9 × 10 −4 м е при х = 0,06. [ 2 ] Это намного меньше эффективной массы электрона во многих распространенных полупроводниках (1,09 в Si при 300 К, 0,55 в Ge и 0,067 в GaAs ). Низкий уровень EEM хорош для термофотоэлектрических приложений.
термоэлектрический
[ редактировать ]Антимониды висмута используются в качестве ветвей n-типа во многих термоэлектрических устройствах при температуре ниже комнатной. Термоэлектрический КПД, определяемый его добротностью z T = σS 2 T / λ , где S — коэффициент Зеебека , λ — теплопроводность, а σ — электропроводность, описывает отношение энергии, отдаваемой термоэлектриком, к теплу, поглощаемому устройством. При 80 К добротность ( z T ) для Bi 1− x Sb x достигает максимума при 6,5 × 10 −3 К −1 когда х = 0,15. [ 4 ] Кроме того, коэффициент Зеебека (отношение разности потенциалов между концами материала к разности температур между сторонами) при 80 К Bi 0,9 Sb 0,1 составляет -140 мкВ/К, что значительно ниже, чем коэффициент Зеебека чистого висмута, −50 мкВ/К. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Джайн, Алабама (1959). «Температурная зависимость электрических свойств сплавов висмут-сурьма». Физический обзор . 114 (6): 1518–1528. Бибкод : 1959PhRv..114.1518J . дои : 10.1103/physrev.114.1518 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Се, Д.; Цянь, Д.; Рэй, Л.; Ся, Ю.; Хор, Ю.С.; Кава, Р.Дж.; Хасан, МЗ (24 апреля 2008 г.). «Топологический изолятор Дирака в фазе Холла квантового спина» . Природа . 452 (7190): 970–974. arXiv : 0902.1356 . Бибкод : 2008Natur.452..970H . дои : 10.1038/nature06843 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 18432240 . S2CID 4402113 .
- ^ Перейти обратно: а б Залли, Грузия; Мочел, Дж. М. (1971). «Флуктуационная теплоемкость в сверхпроводящих тонких пленках аморфного BiSb». Письма о физических отзывах . 27 (25): 1710–1712. Бибкод : 1971PhRvL..27.1710Z . дои : 10.1103/physrevlett.27.1710 .
- ^ Перейти обратно: а б с Смит, GE; Вулф, Р. (1 марта 1962 г.). «Термоэлектрические свойства сплавов висмут-сурьма». Журнал прикладной физики . 33 (3): 841–846. Бибкод : 1962JAP....33..841S . дои : 10.1063/1.1777178 . ISSN 0021-8979 .
- ^ ПабХим. «Висмут в соединении с сурьмой (1:1)» . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 15 июня 2021 г.
- ^ Шуичи Мураками (2007). «Фазовый переход между фазами квантового спина Холла и изолятора в 3D: появление топологической бесщелевой фазы». Новый журнал физики . 9 (9): 356. arXiv : 0710.0930 . Бибкод : 2007NJPh....9..356M . дои : 10.1088/1367-2630/9/9/356 . S2CID 13999448 .
- ^ Касумов А. Ю.; Кононенко О.В.; Матвеев В.Н.; Борсенко, Т.Б.; Тулин, В.А.; Вдовин Э.Е.; Ходос, II (1996). «Эффект аномальной близости в соединениях Nb – BiSb – Nb». Письма о физических отзывах . 77 (14): 3029–3032. Бибкод : 1996PhRvL..77.3029K . дои : 10.1103/physrevlett.77.3029 . ПМИД 10062113 .
- ^ «Электрические свойства кремния (Si)» . www.ioffe.rssi.ru . Проверено 11 декабря 2015 г.
- ^ Голдсмид, HJ (16 января 1970 г.). «Сплавы висмут-сурьма». Физический статус Солиди А. 1 (1): 7–28. Бибкод : 1970ПССАР...1....7Г . дои : 10.1002/pssa.19700010102 . ISSN 1521-396X .