Монохалькогениды самария - Википедия - Samarium monochalcogenides

Монохалькогениды самария химические соединения состава SmX, где Sm означает лантаноид элемент самарий а X обозначает любой из трех халькоген элементы сера, селен или же теллур, в результате чего соединения SMS, SmSe или же SmTe. В этих соединениях самарий формально проявляет степень окисления +2, тогда как он обычно принимает состояние +3, в результате чего образуются халькогениды с химической формулой Sm2Икс3.

Синтез

Монокристаллы или поликристаллы монохалькогенидов самария могут быть получены взаимодействием металла с парами серы, селена или теллура при высокой температуре.[1] Тонкие пленки можно получить с помощью магнетрона. распыление[2] или же электронно-лучевое физическое осаждение из паровой фазы, то есть бомбардировка металлической мишени самария электронами в соответствующей газовой атмосфере (например, сероводород для SmS).[3]

Характеристики

ФормулаПостоянная решетки
нм[1]		Удельное сопротивление
Ом · см		Ширина запрещенной зоны
эВ
SMS0.5970.001–0.010.15
SmSe0.620~30000.45
SmTe0.6594~10000.65

Монохалькогениды самария черные полупроводник твердые тела с каменная соль кубическая кристаллическая структура. Применение умеренного гидростатического давления превращает их в металлы. Тогда как переход непрерывный и происходит примерно на 45 и 60 °. кбар в SmSe и SmTe соответственно, в SmS она резкая и требует всего 6.5 кбар. Аналогичный эффект наблюдается у монохалькогенидов другого лантаноида, тулий.[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 уменьшение (около 15%)[6] в объеме кристалла. А гистерезис Когда давление сбрасывается, SmS возвращается в полупроводниковое состояние при гораздо более низком давлении около 0,5 кбар.[1]

У монохалькогенидов самария изменяются не только цвет и электропроводность, но и другие свойства при повышении давления. Их металлическое поведение является результатом уменьшения запрещенная зона, что составляет при нулевом давлении 0,15, 0,45 и 0,65 эВ в SmS, SmSe и SmTe соответственно.[1][4]При переходном давлении (6.5 кбар в SmS) щель все еще конечна, а низкое сопротивление происходит из-за термоактивированной генерации носителей через узкую запрещенную зону. Зазор схлопывается примерно при 20 кбар, когда SmS становится настоящим металлом. При этом давлении материал также меняется с парамагнитный в магнитное состояние.[6]

Переход полупроводник-металл в монохалькогенидах самария требует приложения давления или наличия внутреннего напряжения, например, в тонких пленках, и при снятии этого напряжения происходят обратные изменения. Такое высвобождение может быть вызвано различными способами, например, нагреванием примерно до 200 ° C.[3] или облучение импульсным лазерным лучом высокой интенсивности.[2][7]

Возможные приложения

Изменение удельного электросопротивления в монохалькогенидах самария можно использовать в датчике давления или в запоминающем устройстве, запускаемом из состояния низкого сопротивления в состояние высокого сопротивления под действием внешнего давления.[8] и такие устройства разрабатываются коммерчески.[9] Моносульфид самария также генерирует электрическое напряжение при умеренном нагревании до примерно 150 ° C, которое может применяться в термоэлектрические преобразователи энергии.[10]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Jayaraman, A .; Narayanamurti, V .; Bucher, E .; Мейнс, Р. (1970). «Непрерывный и прерывистый переход полупроводник-металл в монохалькогенидах самария под давлением». Письма с физическими проверками. 25 (20): 1430. Bibcode:1970PhRvL..25.1430J. Дои:10.1103 / PhysRevLett.25.1430.
  2. ^ а б Kitagawa, R .; Takebe, H .; Моринага, К. (2003). "Фотоиндуцированный фазовый переход металлических тонких пленок SmS фемтосекундным лазером". Письма по прикладной физике. 82 (21): 3641. Bibcode:2003АпФЛ..82.3641K. Дои:10.1063/1.1577824.
  3. ^ а б c Роджерс, Э; Смет, П Ф; Доренбос, П; Poelman, D; Ван дер Колк, Э (2010). «Термически индуцированный фазовый переход металл – полупроводник в тонких пленках моносульфида самария (SmS)» (бесплатная загрузка). Журнал физики: конденсированное вещество. 22 (1): 015005. Bibcode:2010JPCM ... 22a5005R. Дои:10.1088/0953-8984/22/1/015005. PMID  21386220.
  4. ^ а б К. Х. Дж. Бушоу Краткая энциклопедия магнитных и сверхпроводящих материалов, Эльзевир, 2005 ISBN  0-08-044586-1 п. 318
  5. ^ Эмсли, Джон (2001). "Самарий". Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд, Англия, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. п.374. ISBN  978-0-19-850340-8.
  6. ^ а б Эрик Борепэр (ред.) Магнетизм: подход синхротронного излучения, Springer, 2006 г. ISBN  3-540-33241-3 п. 393
  7. ^ Де Томази, Ф (2002). «Влияние лазерного излучения на сопротивление пленок SmS». Тонкие твердые пленки. 413 (1–2): 171–176. Bibcode:2002TSF ... 413..171D. Дои:10.1016 / S0040-6090 (02) 00235-3.
  8. ^ Элмегрин, Брюс Г. и др. Пьезоуправляемая энергонезависимая ячейка памяти с гистерезисным сопротивлением Заявка на патент США 12/234100, 19.09.2008
  9. ^ SmS Tenzo В архиве 2012-03-15 в Wayback Machine
  10. ^ Каминский, В. В .; Соловьев, С. М .; Голубков, А. В. (2002). «Генерация электродвижущей силы в однородно нагретом полупроводниковом моносульфиде самария». Письма по технической физике. 28 (3): 229. Bibcode:2002ТеФЛ..28..229К. Дои:10.1134/1.1467284. Архивировано из оригинал 15 марта 2012 г. другие статьи по этой теме В архиве 2012-03-15 в Wayback Machine