The solid-phase equilibria in the GeBi2Te4-SnBi2Te4-Bi2Te3 system at 300 K and the characterization of tetradymite-type layered solid solutions

Эльнур Р. Набиев; Эльнур Н. Оруджлу; Айтан И. Агазаде; Алекбер А. Гасанов; Магомед Баба Бабанлы

doi:10.17308/kcmf.2024.26/12446

Эльнур Р. Набиев Гянджинский государственный университет, 429, пр. Г. Алиева, Гянджа AZ-2001, Азербайджан https://orcid.org/0009-0006-1907-3957
Эльнур Н. Оруджлу Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, 6/21, пр. Азадлыг, Баку AZ-1010, Азербайджан https://orcid.org/0000-0001-8955-7910
Айтан И. Агазаде Институт катализа и неорганической химии, 113, пр. Г. Джавида, Баку AZ-1143, Азербайджан https://orcid.org/0000-0002-6072-1075
Алекбер А. Гасанов Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, 6/21, пр. Азадлыг, Баку AZ-1010, Азербайджан https://orcid.org/0000-0001-7505-4925
Магомед Баба Бабанлы Институт катализа и неорганической химии, 113, пр. Г. Джавида, Баку AZ-1143, Азербайджан; Бакинский государственный университет 23, ул. З. Халилова, Баку АZ-1048, Азербайджан https://orcid.org/0000-0001-5962-3710

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12446

Ключевые слова: твердые растворы, теллуриды германия-висмута, теллуриды олова-висмута, топологические изоляторы, изотермическое сечение, рентгеновская дифракция

Аннотация

Система GeTe-SnTe-Bi₂Te₃ представляет большой интерес в связи с возможностью образования серии катионзамещенных твердых растворов на основе тройных слоистых соединений с тетрадимитоподобной структурой, которые имеют большой потенциал как ценные термоэлектрические материалы и топологические изоляторы. В настоящей работе приведены результаты исследования указанной системы в области составов GeBi₂Te₄-SnBi₂Te₄-Bi₂Te₃ методом порошковой рентгенографии. Особое внимание уделено получению равновесных сплавов.

Построено изотермическое сечение фазовой диаграммы при 300 К, которое состоит из четырех однофазных областей, разграниченных тремя двухфазными областями. Рентгеновские дифрактограммы равновесных сплавов были уточнены методом Ритвельда. Полученные дифракционные картины однозначно указывают на наличие непрерывных рядов твердых растворов по разрезам GeBi₂Te₄-SnBi₂Te₄, GeBi₄Te₇-SnBi₄Te₇ и GeBi₆Te₁₀-SnBi₆Te₁₀. Определены параметры решетки всех указанных серий твердых растворов и показано, что они линейно увеличиваются с уве-
личением концентрации Sn

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Эльнур Р. Набиев, Гянджинский государственный университет, 429, пр. Г. Алиева, Гянджа AZ-2001, Азербайджан

аспирант, Гянджинский государственный университет (Гянджа, Азербайджан)

Эльнур Н. Оруджлу, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, 6/21, пр. Азадлыг, Баку AZ-1010, Азербайджан

к. х. н., заведующий научно-исследовательской лабораторией «Наноматериалы и нанотехнологии», Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (Баку, Азербайджан)

Айтан И. Агазаде, Институт катализа и неорганической химии, 113, пр. Г. Джавида, Баку AZ-1143, Азербайджан

аспирант, исследователь Института катализа и неорганической химии (Баку, Азербайджан)

Алекбер А. Гасанов, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, 6/21, пр. Азадлыг, Баку AZ-1010, Азербайджан

д. т. н., профессор, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности (Баку, Азербайджан)

Магомед Баба Бабанлы, Институт катализа и неорганической химии, 113, пр. Г. Джавида, Баку AZ-1143, Азербайджан; Бакинский государственный университет 23, ул. З. Халилова, Баку АZ-1048, Азербайджан

д. х. н., профессор, член-корреспондент НАН Азербайджана, заместитель директора по научной работе Института катализа и неорганической химии НАН Азербайджана, (Баку, Азербайджан)

Литература

Aliev Z. S., Amiraslanov I. R., Nasonova D. I., … Chulkov E. V. Novel ternary layered manganese bismuth tellurides of the MnTe-Bi2Te3 system: synthesis and crystal structure. Journal of Alloys and Compounds. 2019;789: 443–450. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.03.030

Orujlu E. N., Seidzade A .E., Babanly D. M., Amiraslanov I. R., Babanly M. B. New insights into phase equilibria of the SnTe–Bi2Te3 pseudo-binary system: synthesis and crystal structure of new tetradymite-type compound Sn3Bi2Te6. Journal of Solid State Chemistry. 2024;330: 124494. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2023.124494

Seidzade A. E., Orujlu E. N., Doert T., Amiraslanov I. R., Aliev Z. S., Babanly M. B. An updated phase diagram of the SnTe-Sb2Te3 system and the crystal structure of the new compound SnSb4Te7. Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2021;42: 373–8. https://doi.org/10.1007/s11669-021-00888-8

Alakbarova T. M., Meyer H.-J., Orujlu E. N., Amiraslanov I. R., Babanly M. B. Phase equilibria of the GeTe−Bi2Te3 quasi-binary system in the range 0–50 mol% Bi2Te3. Phase Transitions. 2021;94: 366–75. https://doi.org/10.1080/01411594.2021.1937625

Alakbarova T. M., Meyer H.-J., Orujlu E. N., Babanly M. B. A refined phase diagram of the GeTe-Bi2Te3 system. Kondensirovannye Sredy I Mezhfaznye Granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2022;24: 11–18. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9050

Huang D., Xia D., Ye T., Fujita T. New experimental studies on the phase relationship of the Bi–Pb–Te system. Materials & Design. 2022;224: 111384. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111384

Omoto T., Kanaya H., Ishibashi H., Kubota Y., Kifune K., Kosuga A. Formation phases and electrical properties of Ge-Bi-Te compounds with homologous structures. Journal of Electronic Materials. 2015;45: 1478–83. https://doi.org/10.1007/s11664-015-4083-z

Gojayeva I. M., Babanly V. I., Aghazade A. I., Orujlu E. N. Experimental reinvestigation of the PbTe–Bi2Te3 pseudo-binary system. Azerbaijan Chemical Journal. 2022;0: 47–53. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2022-2-47-53

Heremans J. P., Cava R. J., Samarth N. Tetradymites as thermoelectrics and topological insulators. Nature Review Materials. 2017;2: 17049. https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.49

Banik A., Roychowdhury S., Biswas K. The journey of tin chalcogenides towards high-performance thermoelectrics and topological materials. Chemical Communications. 2018;54: 6573–6590. https://doi.org/10.1039/c8cc02230e

Lukyanova L. N., Usov O. A., Volkov M. P., Makarenko I. V. Topological thermoelectric materials based on bismuth telluride. Nanotechnologly Reports. 2021;16: 282–293. https://doi.org/10.1134/s2635167621030125

Xu N., Xu Y., Zhu J. Topological insulators for thermoelectrics. Npj Quantum Materials. 2017;2(1). https://doi.org/10.1038/s41535-017-0054-3

Yang T., Yang Y., Wang X., Zhang G., Cheng Z. Topological thermoelectrics: new opportunities and challenges. Mate14. Babanly M. B., Chulkov E. V., Aliev Z. S., Shevelkov A. V., Amiraslanov I. R. Phase diagrams in materials science of topological insulators based on metal chalcogenides. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2017;62: 1703–1729. https://doi.org/10.1134/S0036023617130034

Hasan M. Z., Kane C. L. Colloquium: topological insulators. Review of Modern Physics. 2010;82: 3045–3067. https://doi.org/10.1103/revmodphys.82.3045

Qi X.-L., Zhang S.-C. Topological insulators and superconductors. Review of Modern Physics. 2011;83: 1057–1110. https://doi.org/10.1103/revmodphys.83.1057

Zhang H., Liu C.-X., Qi X.-L., Dai X., Fang Z., Zhang S.‑C. Topological insulators in BiSe3, Bi2Te3 and Sb2Te3 with a single Dirac cone on the surface. Nature Physics. 2009;5: 438–442. https://doi.org/10.1038/nphys1270

Rachel S. Interacting topological insulators: a review. Reports on Progress in Physics. 2018;81: 116501. https://doi.org/10.1088/1361-6633/aad6a6

McGuire M. A., Zhang H., May A. F., … Yan J. Superconductivity by alloying the topological insulator SnBi2Te4. Physical Review Materials. 2023;7. https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.7.034802

Saxena A., Karn N. K., Sharma M. M., Awana V. P. S. Detailed structural and topological analysis of SnBi2Te4 single crystal. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2023;174: 111169. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2022.111169

Wang L-L. Highly tunable band inversion in AB2X4 (A=Ge, Sn, Pb; B=As, Sb, Bi; X=Se, Te) compounds. Physical Review Materials. 2022;6. https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.6.094201

Marcinkova A., Wang J. K., Slavonic C., … Morosan E. Topological metal behavior in GeBi2Te4 single crystals. Physical Review B. 2013;88. https://doi.org/10.1103/physrevb.88.165128

Klimovskikh I. I., Otrokov M. M., Estyunin D., … Chulkov E. V. Tunable 3D/2D magnetism in the (MnBi2Te4)(Bi2Te3)m topological insulators family. Npj Quantum Materials. 2020;5. https://doi.org/10.1038/s41535-020-00255-9

Kuroda K., Miyahara H., Ye M., … Kimura A. Experimental verification as a 3D topological insulator. Physical Review Letters. 2012;108. https://doi.org/10.1103/physrevlett.108.206803

Orujlu E. Phase equilibria in the SnBi2Te4−MnBi2Te4 system and characterization of the Sn1-xMnxBi2Te4 solid solutions. Physics and Chemistry of Solid State. 2020;21: 113–116. https://doi.org/10.15330/pcss.21.1.113-116

Pan L., Li J., Berardan D., Dragoe N. Transport properties of the SnBi2Te4–PbBi2Te4 solid solution. Journal of Solid State Chemistry. 2015;225: 168–173. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2014.12.016

Frolov A. S., Usachov D. Yu., Tarasov A. V., … Yashina L. V. Magnetic Dirac semimetal state of (Mn,Ge)Bi2Te4. Communications Physics. 2024;7. https://doi.org/10.1038/s42005-024-01675-w

Wang S., Xing T., Hu P., … Chen, L. Optimized carrier concentration and enhanced thermoelectric properties in GeSb4-xBixTe7 materials. Applied Physics Letters. 2022;121. https://doi.org/10.1063/5.0123298

Qian T., Yao Y.-T., Hu C., … Ni N. Magnetic dilution effect and topological phase transitions in (Mn1-xPbx)Bi2Te4. Physical Review B. 2022;106. https://doi.org/10.1103/physrevb.106.045121

Tokumoto Y., Sugimoto K., Hattori Y., Edagawa K. Electronic transport properties of Pb(Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)4 topological insulator. Journal of Applied Physics. 2022;131. https://doi.org/10.1063/5.0077002

Aghazade A. I. Phase relations and characterization of solid solutions in the SnBi2Te4–PbBi2Te4 and SnBi4Te7–PbBi4Te7 systems. Azerbaijan Chemical Journal. 2022;0(3): 75–80. https://doi.org/10.32737/0005-2531-2022-3-75-80

Aghazade A. I., Orujlu E. N., Salimov Z. E., Mammadov A. N., Babanly M. B. Experimental investigation of the solid phase equilibria at 300 K in the SnBi2Te4-PbBi2Te4-Bi2Te3 system. Physics and Chemistry of Solid State. 2023;24: 453–459. https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.453-459rials Today Chemistry. 2023;30: 101488. https://doi.org/10.1016/j.mtchem.2023.101488

Твердофазные равновесия в системе GeBi2Te4-SnBi2Te4-Bi2Te3 при 300 К и характеристики тетрадимитоподобных слоистых твердых растворов

Аннотация

Скачивания

Биографии авторов

Литература