Новые теллуриды таллия c редкоземельными элементами

Аннотация

Прямым взаимодействием стехиометрических количеств теллурида таллия Tl₂Te, элементарных редкоземельных элементов (РЗЭ) и теллура в вакуумированных (10–2Па) кварцевых ампулах синтезированы соединения состава Tl₄LnTe₃ (Ln–Nd, Sm, Tb, Er, Tm). Полученные образцы идентифицированы методами дифференциального термического и рентгенофазового анализов. На основании данных термограмм нагревания показано, что указанные соединения плавятся с разложением по перитектическим реакциям. Анализ порошковых дифрактограмм показал,
что они полностью индицируются в тетрагональной решетке типа Tl₅Te₃ (Пр.гр. I4/mcm). Используя уточнение Le  Bail, рассчитаны параметры кристаллических решеток синтезированных соединений. Установлено, что при замещении атомов таллия, расположенных в центрах октаэдров, атомами РЗЭ наблюдается резкое уменьшение параметра а и увеличение параметра с. Это связано с тем, что замещение атомов таллия катионами РЗЭ приводит к усилению химической связи с атомами теллура. Это сопровождается некоторым искажением октаэдров и увеличением параметра с. Выявлена корреляция между параметрами кристаллических решеток и порядковым
номером лантаноида: при переходе от неодима к тулию происходит практически линейное уменьшение обоих параметров кристаллической решетки, что, по-видимому, связано с лантаноидным сжатием. Полученные новые соединения дополняют обширный класс тройных соединений – структурных аналогов Tl₅Te₃ и представляют интерес как потенциальные термоэлектрические и магнитные материалы

ЛИТЕРАТУРА

1. Бергер Л. И., Прочухан В. Д. Тройные
алмазоподобные полупроводники. М: «Металлур-
гия»; 1968. 151 с.
2. Villars P, Prince A. Okamoto H. Handbook of
ternary alloy phase diagrams (10 volume set). Materials
Park, OH: ASM International; 1995. 15000 p.
3. Tomashyk V. N. Multinary Alloys Based on III-V
Semiconductors. CRC Press; 2018. 262 p. DOI: https://doi.org/10.1201/9780429055348
4. Babanly M. B., Chulkov E. V., Aliev Z. S. et al.
Phase diagrams in materials science of topological
insulators based on metal chalkogenides. Russian
Journal of Inorganic Chemistry. 2017;62(13): 1703-1729.
DOI: https://doi.org/10.1134/S0036023617130034
5. Imamaliyeva S. Z., Babanly D. M., Tagiev D. B.,
Babanly M. B. Physicochemical aspects of development
of multicomponent chalcogenide phases having the
Tl5Te3 structure. A Review. Russian Journal of Inorganic
Chemistry. 2018;63(13): 1703-1724 DOI: https://doi.org/10.1134/s0036023618130041
6. Asadov M. M., Babanly M. B., Kuliev A. A. Phase
equilibria in the system Tl–Te. Izvestiya Akademii Nauk
SSSR, Neorganicheskie Materialy. 1977;13(8): 1407–1410.
7. Okamoto H. Te-Tl (Tellurium-Thallium). Journal
of Phase Equilibria. 2001;21(5): 501. DOI: https://doi.org/10.1361/105497100770339833
8. Schewe I., Böttcher P., Schnering H. G. The crystal
structure of Tl5Te3 and its relationship to the Cr5B3.
Zeitschrift für Kristallographie. 1989;188(3-4): 287-298.
DOI: https://doi.org/10.1524/zkri.1989.188.3-4.287
9. Böttcher P., Doert Th., Druska Ch., Brandmöller
S. Investigation on compounds with Cr5B3 and In5Bi3
structure types. Journal of Alloys and Compounds.
1997;246(1-2): 209-215. DOI: https://doi.org/10.1016/S0925-8388(96)02455-3
10. Имамалиева С. З., Садыгов Ф. М., Бабанлы
М. Б. Новые теллуриды таллия- неодима.
Неорганические Материалы. 2008;44(9): 1054-1057.
Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=11035809
11. Бабанлы М. Б., Имамалиева С. З., Бабанлы
Д. М., Садыгов Ф. М. Соединения Tl9LnTe6 (Ln-Ce,
Sm, Gd) – новые структурные аналоги Tl5Te3.
Азербайджанский Химический Журнал. 2009(1):
122-125.
12. Imamaliyeva S. Z., Tl4GdTe3 and Tl4DyTe3 –
novel structural Tl5Te3 analogues. Physics and
Chemistry of Solid State. 2020;21(3): 492-495. DOI:
https://doi.org/10.15330/pcss.21.3.492-495
13. Wacker K. Die kristalstrukturen von Tl9SbSe6
und Tl9SbTe6. Z. Kristallogr. Supple. 1991;3: 281.
14. Doert T., Böttcher P. Crystal structure of bism
uthnonathalliumhexatelluride BiTl9Te6. Zeitschrift für
Kristallographie - Crystalline Materials. 1994;209(1):
95. DOI: https://doi.org/10.1524/zkri.1994.209.1.95
15. Bradtmöller S., Böttcher P. Darstellung und
kristallostructur von SnTl4Te3 und PbTl4Te3. Zeitschrift
for anorganische und allgemeine Chemie. 1993;619(7):
1155-1160. DOI: https://doi.org/10.1002/zaac.19936190702
16. Ворошилов Ю. В., Гурзан М. И., Киш З. З.,
Лада Л. В. Фазовые равновесия в системе Tl-Pb-Te
и кристаллическая структура соединений типа
Tl4BIVX3 и T l9BVX6. Неорганические Материалы.
1988;24: 1479-1484.
17. Bradtmöller S., Böttcher P. Crystal structure of
copper tetrathallium tritelluride, CuTl4Te3. CuTl4Te3.
Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials.
1994;209(1): 97. DOI: https://doi.org/10.1524/zkri.1994.209.1.97
18. Bradtmöller S., Böttcher P. Crystal structure of
molybdenum tetrathallium tritelluride, MoTl4Te3.
Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials.
1994;209(1): 75. DOI: https://doi.org/10.1524/zkri.1994.209.1.75
19. Бабанлы М. Б., Имамалиева С. З., Садыгов
Ф. М. Новые теллуриды таллия с индием и золотом.
Хим. Проблемы. 2009; 171-174.
20. Guo Q., Chan M., Kuropatwa B. A., Kleinke H.
Enhanced thermoelectric properties of variants of
Tl9SbTe6 and Tl9BiTe6. Chemistry of Materials.
2013;25(20): 4097–4104. DOI: https://doi.org/10.1021/cm402593f
21. Guo Q., Assoud A., Kleinke H. Improved bulk
materials with thermoelectric figure of merit greater
than 1: Tl10–xSnxTe6 and Tl10–xPbxTe6. Advanced Energy
Materials. 2014;4(14): 1400348-8. DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201400348
22. Bangarigadu-Sanasy S., Sankar C. R., Schlender
P., Kleinke H. Thermoelectric properties of Tl10-xLnxTe6,
with Ln = Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho and Er, and
0.25<x<1.32. Journal of Alloys and Compounds.
2013;549: 126–134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.09.023
23. Shi Y., Sturm C., Kleinke H. Chalcogenides as
thermoelectric materials. Journal of Solid State Chemistry.
2019; 270: 273–279. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.049
24. Piasecki M., Brik M. G., Barchiy I. E., Ozga K.,
Kityk I. V., El-Naggar A. M., Albassam A. A., Malakhovskaya
T. A., Lakshminarayana G. Band structure,
electronic and optical features of Tl4SnX3 (X= S, Te)
ternary compounds for optoelectronic applications.
Journal of Alloys and Compounds. 2017;710: 600-607.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.280
25. Reshak A. H., Alahmed Z. A., Barchij I. E.,
Sabov M. Yu., Plucinski K. J., Kityk I. V., Fedorchuk A.
O. The influence of replacing Se by Te on electronic
structure and optical properties of Tl4PbX3 (X = Se or
Te): experimental and theoretical investigations. RSC
Advances. 2015;5(124): 102173-102181. DOI: https://doi.org/10.1039/C5RA20956K
26. Malakhovskay-Rosokha T. A., Filep M. J., Sabov
M. Y., Barchiy I. E., Fedorchuk A. O. Plucinski K. J. IR
operation by third harmonic generation of Tl4PbTe3 and
Tl4SnS3 single crystals. Journal of Materials Science:
Materials in Electronics. 2013;24(7): 2410-2413. DOI:
https://doi.org/10.1007/s10854-013-1110-9
27. Isaeva A., Schoenemann R., Doert T. Syntheses,
crystal structure and magnetic properties of Tl9RETe6
(RE = Ce, Sm, Gd). Crystals. 2020;10(4): 277-11. DOI:
https://doi.org/10.3390/cryst10040277
28. Bangarigadu-Sanasy S., Sankar C. R., Dube P.
A., Greedan J. E., Kleinke H. Magnetic properties of
Tl9LnTe6, Ln = Ce, Pr, Tb and Sm. Journal of Alloys and
Compounds. 2014;589: 389–392. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.11.229
29. Arpino K. E., Wasser B. D., and McQueen T. M.
Superconducting dome and crossover to an insulating
state in [Tl4]Tl1-xSnxTe3. APL Materials. 2015;3(4):
041507. DOI:https://doi.org/10.1063/1.4913392
30. Arpino K. E., Wallace D. C., Nie Y. F., Birol T.,
King P. D. C., Chatterjee S., Uchida M., Koohpayeh S.
M., Wen J.-J., Page K., Fennie C. J., Shen K. M., Mc-
Queen T. M. Evidence for topologically protected
surface states and a superconducting phase in [Tl4]
(Tl1-xSnx)Te3 using photoemission, specific heat, and
magnetization measurements, and density functional
theory. Physical Review Letters. 2014;112(1): 017002-5.
DOI: https://doi.org/10.1103/physrevlett.112.017002
31. Niu C., Dai Y., Huang B. et al. Natural three-dimensional
topological insulators in Tl4PbTe3 and
Tl4SnTe3. Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen
Gesellschaft. Dresden, Germany, 30 Mar 2014 - 4 Apr
2014.
32. Имамалиева С. З. Фазовые диаграммы в
разработке теллуридов таллия-РЗЭ со структурой
Tl5Te3 и многокомпонентных фаз на их основе.
Конденсированные среды и межфазные границы.
2018;20(3): 332–347. DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/570
33. Jia Y.Q. Crystal radii and effective ionic radii
of the rare earth ions. Journal of Solid State Chemistry.
1991; 95(1): 184-187. DOI: https://doi.org/10.1016/0022-4596(91)90388-X