Высокотемпературные сесквисульфиды галлия и фрагмент T-x-диаграммы системы Ga–S с участием этих фаз
Аннотация
Известно, что фазы с неупорядоченными стехиометрическими вакансиями являются перспективными кандидатами в новые материалы с выдающимися термоэлектрическими, радиационно-стойкими, каталитическими и другими свойствами, которые обусловлены большой концентрацией т. н. стехиометрических вакансий, возникающих за счет несоответствия стехиометрии структурному типу. Наиболее интересным представляется поиск таких веществ в полупроводниковых системах AIII – BVI, для которых известны сесквихалькогениды (Me2Ch3, Me = Ga, In; Ch = S, Se, Te) со структурами как сфалерита, так и вюрцита, и в которых доля стехиометрических вакансий в катионной подрешетке достигает почти 1/3. Цель работы состояла в определении или подтверждении высокотемпературных структур сесквисульфидов галлия и в установлении областей стабильности, отвечающих фазам с этими
структурами на уточняемых T‑x‑диаграммах в области высоких температур.
В результате применения комплекса структурных и термических методов исследования доказано, что для сесквисульфида галлия при температурах свыше 878 °С вблизи стехиометрии Ga2S3 существуют 4 родственные в структурном отношении модификации, которые связаны друг с другом и другими фазами системы Ga – S энантиотропными переходами. Подтверждены недавние результаты, согласно которым фаза g-Ga2+dS3 с кубической сфалеритоподобной структурой реализуется в узком температурном интервале 878–922 °С и уточнен ее состав (59.3 мол. % S). Установлено, что при температурах свыше 912 °С при небольшом избытке галлия (до ~1.0 мол. %) относительно стехиометрии Ga2S3, реализуются еще две модификации: одна со структурой типа вюрцита (b-Ga2S3, P63mc), другая – дочерняя фаза со структурой более низкой симметрии (a-Ga2S3, P61), достигающая конгруэнтного
плавления (1109 ± 2 °С). Обосновывается существование дистектоидного превращения a-Ga2S3 ↔ b-Ga2S3 (~1040 °C). Четвертая модификация с моноклинной структурой (a¢-Ga2S3, Сс) стабильна от комнатной температуры до ~1006 °С, а по составу практически строго соответствует формуле Ga2S3. Представлена соответствующая T-x-диаграмма системы Ga – S, в которой определены области существования перечисленных выше фаз
Скачивания
Литература
Dingqi T., Haiyun L., Yuan D., Zhengliang D., Jiaolin C. Engineered cation vacancy plane responsible for the reduction in lattice thermal conductivity and improvement in thermoelectric property of Ga2Te3 based semiconductors. RSC Advances. 2014;4: 34104–34109. https://doi.org/10.1039/c4ra04463k
Fedorov P. P., Yarotskaya E. G. Zirconium dioxide. Review. Condensed Matter and Interphases. 2021;23(2): 169–187. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3427
Budanov A. V., Tatokhin E. A., Strygin V. D., Rudnev E. V. High-symmetry in In2Se3 and Ga2Se3 cubic modifications obtained during interaction of InAs and GaАs substrates and selenium. Condensed Matter and Interphases. 2012;14(4): 412–417. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18485334
Bezryadin N. N., Kotov G. I., Kuzuhov S. V. … Ryazanov A. N. Surface phase Ga2Se3 на GaP (111). Condensed Matter and Interphases. 2013;15(4): 382–386. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20931229
Mikhailyuk E. A., Prokopova T. V., Bezryadin N. N. Modeling of processes of current flow films AIII 2BVI 3 in heterostructures on the basis of indium arsenide. Condensed Matter and Interphases. 2015; 17(2): 181–191. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23816619
Plirdpring T., Kurosaki K., Kosuga A., … Yamanaka S. Effect of the amount of vacancies on the thermoelectric properties of CuGaTe ternarycompounds. Materials Transactions (Special Issue on Thermoelectric Conversion Materials VII). 2012;53(7): 1212–1215. https://doi.org/10.2320/matertrans.e-m2012810
Olmstead M. A., Ohuchi F. S. Group III selenides: Controlling dimensionality, structure, and properties through defects and heteroepitaxial growth. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2021;39(2): 020801. https://doi.org/10.1116/6.0000598
Zavrazhnov A., Berezin S., Kosykov A., Naumov A., Berezina M., Brezhnev N. The phase diagram of the Ga–S system in the concentration range of 48.0–60.7 mol% S. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018;134: 483–492. https://doi.org/10.1007/s10973-018-7124-z
Volkov V. V., Sidey V. I., Naumov A. V., … Zavrazhnov A. Y. The cubic high-temperture modification of gallium sulphide (xs = 59 mol %) and the T, x-diagram of the Ga – S system. Condensed Matter and Interphases. 2019:21(1): 37–50. (In Russ., abstract in Eng.). https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/715
Volkov V. V., Sidey V. I., Naumov A. V., … Zavrazhnov A. Yu. Structural identification and stabilization of the new high-temperature phases in A(III) – B(VI) systems (A = Ga, In, B = S, Se). Part 1: High-temperature phases in the Ga – S system. Journal of Alloys and Compounds. 2022;899: 163264. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.163264
Pardo M., Tomas A., Guittard M. Polymorphisme de Ga2S3 et diagramme de phase Ga – S. Materials Research Bulletin. 1987;22(12): 1677–1684. https://doi.org/10.1016/0025-5408(87)90011-0
Pardo M., Guittard M., Chilouet A., Tomas A. Diagramme de phases gallium-soufre et études structurales des hases solides. Journal of Solid State Chemistry. 1993;102: 423–433. https://doi.org/10.1006/jssc.1993.1054
Sushkova T. P., Semenova G. V., Proskurina E. Y. Phase relations in the Si–Sn–As system. Condensed Matter and Interphases. 2023:25(2), 237-248. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11110
Kraus W., Nolze G. PowderCell 2.0 for Windows. Powder Diffraction. 1998;13(4): 256–259. Available at: https://www.researchgate.net/publication/257022604_PowderCell_20_for_Windows
Hammersley A. P., Svensson S. O., Hanfland M., Fitch A. N., Hausermann D. Two-dimensional detector software: From real detector to idealised image or two-theta scan. High Pressure Research. 1996;14(4-6): 235–248. https://doi.org/10.1080/08957959608201408
Holland T. J. B., Redfern S. A. T. UNITCELL: a nonlinear least-squares program for cell-parameter refinement and implementing regression and deletion diagnostics. Journal of Applied Crystallography. 1997; 30(1): 84. https://doi.org/10.1107/s0021889896011673
Fedorov P. I., Fedorov P. P., Drobot D. V., Samartsev A. M. Errors in constructing state diagrams of binary systems: a textbook*. Moscow: MITHT named after M. V. Lomonosova Publ.; 2005. 181 p. (In Russ.)
Parthé E. Elements of inorganic structural chemistry. CH-1213: Petit-Lancy, Switzerland; 1996. 230 p.
Sangiovanni D. G., Kaufmann K., Vecchio K. Valence electron concentration as key parameter to control the fracture resistance of refractory highentropy carbides. Science Advances. 2023;9(37): 1-11. https://doi.org/10.1126/sciadv.adi2960
Gilbert B., Frazer B. H., Zhang H., … De Stasio G. X-ray absorption spectroscopy of the cubic and hexagonal polytypes of zinc sulfide. Physical Review B. 2002; 66: 245205. https://doi.org/10.1103/physrevb.66.245205
Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
