Диселенид ниобия - Википедия - Niobium diselenide

Диселенид ниобия
2H NbSe2 structure.png
2H NbSe2 структура
NbSe2 STEM.jpg
Электронная микрофотография, показывающая локальное сосуществование различных NbSe2 конструкции в одном образце
Имена
Другие имена
Селенид ниобия (IV)
Идентификаторы
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.634 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
NbSe2
Молярная масса250,83 г / моль[1]
ВнешностьСерое твердое вещество[1]
Плотность6,3 г / см3[1]
Температура плавления> 1300 ° С [1]
Структура
hP6, космическая группа P6
3/ ММК, № 194[2]
а = 0,344 нм, c = 1,254 нм
Тригонально-призматический (NbIV)
Пирамидальный (Se2−)
Родственные соединения
Другой анионы
Диоксид ниобия
Другой катионы
Диселенид молибдена
Диселенид вольфрама
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Диселенид ниобия или же селенид ниобия (IV) слоистый дихалькогенид переходного металла с формулой NbSe2. Диселенид ниобия представляет собой смазку и сверхпроводник при температурах ниже 7,2 К, которые проявляют волна зарядовой плотности (CDW). NbSe2 кристаллизуется в нескольких родственных формах и может механически расслаиваться на одноатомные слои, как и другие монослои дихалькогенидов переходных металлов. Монослой NbSe2 проявляет свойства, сильно отличающиеся от объемного материала, такие как сверхпроводимость Изинга, квантовое металлическое состояние и сильное усиление ВЗП.[3]

Синтез

Количество NbSe2 слоев как функция температуры порошка Se во время CVD.

Кристаллы и тонкие пленки диселенида ниобия могут быть выращены химическое осаждение из паровой фазы (CVD). Порошки оксида ниобия, селена и NaCl нагреваются до различных температур в диапазоне 300–800 ° С при атмосферном давлении в печи, что позволяет поддерживать градиент температуры вдоль ее оси. Порошки помещаются в разные места в печи, а в качестве газа-носителя используется смесь аргона и водорода. NbSe2 Толщину можно точно контролировать, изменяя температуру порошка Se.[3]

NbSe2 монослои могут также отслаиваться от основной массы или откладываться молекулярно-лучевая эпитаксия.[3]

Структура

Диселенид ниобия существует в нескольких формах, включая 1H, 2H, 4H и 3R, где H означает гексагональный, а R - ромбоэдрический, а число 1, 2 и т. Д. Относится к количеству слоев Se-Nb-Se в единице. клетка. Слои Se-Nb-Se связаны вместе относительно слабыми силы Ван дер Ваальса, и может расслаиваться на монослои 1H. Их можно смещать различными способами для создания различных кристаллических структур, наиболее стабильной из которых является 2H.[4]

Характеристики

Сверхпроводник

NbSe2 - сверхпроводник с критической температурой TC = 7,2 К.[5] Критическая температура падает, когда NbSe2 слои интеркалируются другими атомами, или при уменьшении толщины образца с TC ~ 1 К в монослое.[3] Недавние исследования показывают инфракрасное фотодетектирование в NbSe2 устройства[6].

Волна плотности заряда

Наряду с ВЗП в решетке возникает периодическое искажение решетки около 26 К. Этот период в три раза больше, чем у кристаллической решетки, так что существует сверхрешетка 3 на 3.[7]

Трение

NbSe2 когда листы очень тонкие, трение увеличивается.[8]

Интеркаляция

Поскольку слои в NbSe2 только слабо связаны друг с другом, различные вещества могут проникать между слоями, образуя четко определенные интеркаляционные соединения. Были получены соединения с гелием, рубидием, переходными металлами и постпереходными металлами. Между слоями можно добавить до одной трети дополнительных атомов ниобия.

Дополнительные атомы металлов из первого ряда переходных металлов могут интеркалировать в соотношении до 1: 3. они проходят между слоями.[4]

Интеркалирование двух атомов гелия по формуле увеличивает разделение слоев до 2,9 и расстояние Se-Se до 3,52.[9][10]

Рубидий

При интеркалировании рубидия NbSe2 слои разделяются, чтобы вместить его. Каждый отдельный слой также слегка сжимается. Расстояние Nb-Se остается неизменным, но расстояние Nb-Nb в слое увеличивается. Расстояние Se-Se сверху и снизу слоя уменьшается, а угол Nb-Se-Nb увеличивается. Дополнительная электронная плотность передается от атомов Rb к слою ниобия.[11]

Ванадий

Ванадий может входить в 2H NbSe2 структуру до предела 1% путем замены Nb. Между 11% и 20% он образует структуру 4Hb с V в октаэдрической координации между слоями. Более 30% образует структуру 1Т.[12]

Энергия Ферми сдвинута в d группа.[13]

Утюг

При легировании железом на уровне более 8% NbSe2 может претерпевать спин-стеклование при низких температурах.[14]

Водород

Водород может быть интеркалирован в NbSe2 под высоким давлением и высокой температурой. В формулу можно включить до 0,9 атомов водорода, сохраняя при этом ту же структуру. При превышении этого соотношения структура меняется на структуру MoS2. При этом переходе кристаллографическая ось c увеличивается, а парамагнитная восприимчивость падает до нуля. Содержание водорода может достигать 5,2 молярного отношения при 50,5 атмосфере.[15]

Возможные приложения

Bemol Incorporated производила диселенид ниобия в США для использования в качестве проводящей смазки в вакууме, так как он имеет широкий диапазон температурной стабильности, очень низкое выделение газов и более низкое сопротивление, чем графит. NbSe2 использовались в качестве моторных щеток или залиты серебром для создания самосмазывающейся поверхности.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 4.78. ISBN  1439855110.
  2. ^ Rajora, O.S; Керзон, А.Е. (1987). «Подготовка и рентгеноструктурное исследование слоистых материалов NbS.ИксSe2-х для 0 ≦ x ≦ 2 ". Physica Status Solidi A. 99 (1): 65. Bibcode:1987PSSAR..99 ... 65R. Дои:10.1002 / pssa.2210990108.
  3. ^ а б c d Ван, Хун; Хуанг, Сянвэй; Линь, Цзюньхао; Цуй, Цзянь; Чен, Ю; Чжу, Чао; Лю, Фуцай; Цзэн, Циншэн; Чжоу, Цзядун; Ю, Пэн; Ван, Сюэвэнь; Он, Хайён; Цанг, Сиу Хон; Гао, Weibo; Суэнага, Кадзу; Ма, Фэнцай; Ян, Чанли; Лу, Ли; Ю, Тинг; Тео, Эдвин Ханг Тонг; Лю, Гуантун; Лю, Чжэн (2017). «Высококачественный однослойный сверхпроводник NbSe2 выращены методом химического осаждения из газовой фазы ". Nature Communications. 8 (1): 394. Bibcode:2017 НатКо ... 8..394Вт. Дои:10.1038 / s41467-017-00427-5. ЧВК  5577275. PMID  28855521.
  4. ^ а б Леви, Фрэнсис (2012). Кристаллография и кристаллохимия материалов со слоистой структурой. Springer Science & Business Media. С. 9–12. ISBN  9789401014335.
  5. ^ NbSe2, настоящий двумерный сверхпроводник. Physorg (6 ноября, 2015)
  6. ^ Орчин, Г. Дж .; De Fazio, D .; Ди Бернардо, А .; Hamer, M .; Юн, Д .; Cadore, A. R .; Гойхман, И .; Watanabe, K .; Танигучи, Т. (24.06.2019). «Сверхпроводящие фотоприемники из диселенида ниобия». Письма по прикладной физике. 114 (25): 251103. arXiv:1903.02528. Bibcode:2019АпФЛ.114y1103O. Дои:10.1063/1.5097389. ISSN  0003-6951. S2CID  119349265.
  7. ^ Рикко, Б. (1977). «Поверхность Ферми и волны зарядовой плотности в диселениде ниобия». Твердотельные коммуникации. 22 (5): 331–333. Bibcode:1977SSCom..22..331R. Дои:10.1016/0038-1098(77)91442-9.
  8. ^ «Обнаружены наномасштабные характеристики трения». Получено 25 марта 2017.
  9. ^ Биркс, А. Р .; Hind, S.P .; Ли, П. М. (1976). «Изменения зонной структуры в интереалятах диселенида ниобия». Физика Статус Solidi B. 76 (2): 599–604. Bibcode:1976ПССБР..76..599Б. Дои:10.1002 / pssb.2220760219.
  10. ^ Браун, Брюс Э .; Бернстен, Дональд Дж. (1965). «Политипизм слоистой структуры селенидов ниобия и тантала» (PDF). Acta Crystallographica. 18: 31–38. Дои:10.1107 / S0365110X65000063.
  11. ^ Бурдийон, А. Дж .; Петтифер, Р. Ф .; Марселья, Е. А. (1979). «EXAFS в диселениде ниобия, интеркалированном рубидием». Журнал физики C: Физика твердого тела. 12 (19): 3889–3897. Bibcode:1979JPhC ... 12.3889B. Дои:10.1088/0022-3719/12/19/007.
  12. ^ Баярд, Мишель; Mentzen, Bernard F .; Сиенко, М. Дж. (1976). «Синтез и структурные аспекты ванадийзамещенных диселенидов ниобия». Неорганическая химия. 15 (8): 1763–1767. Дои:10.1021 / ic50162a005.
  13. ^ Ибрагем, Мохаммед Азиз; Хуан, Вэй-Чжи; Лань, Тянь-вэй; Бупати, Карунакара Мурти; Сяо, Юй-Чен; Чен, Чи-Хан; Будиаван, Видхья; Чен Ян-Юань; Чанг, Чиа-Сен; Ли, Лайн-Чжон; Цай, Чи-Хунг; Чу, Чи Вэй (2014). «Управляемое механическое расщепление объемного диселенида ниобия на наноразмерные структуры листов, стержней и частиц для сенсибилизированных красителем солнечных элементов, не содержащих платины». Журнал химии материалов A. 2 (29): 11382. Дои:10.1039 / c4ta01881h.
  14. ^ Chen, M. C .; Слихтер, К. П. (1 января 1983 г.). «Исследование ЯМР в нулевом поле на спин-стекле: легированный железом - диселенид ниобия». Физический обзор B. 27 (1): 278–292. Bibcode:1983PhRvB..27..278C. Дои:10.1103 / PhysRevB.27.278. OSTI  5197013.
  15. ^ Куликов, Леонид М .; Лазоренко, Василий И .; Лашкарев, Георгий В. (2002). «Магнитная восприимчивость порошков интеркалатов водорода диселенида ниобия». Порошковая металлургия и металлокерамика. 41 (1/2): 107–111. Дои:10.1023 / А: 1016076918474. S2CID  91726908.
  16. ^ Anglo Bell Company (октябрь 1965 г.). «Смазка на основе диселенида ниобия». Вакуум. 15 (10): 511. Дои:10.1016 / 0042-207X (65) 90361-1.