Ученые раскрыли структуру и свойства нового полупроводника

Работа опубликована в Journal of Alloys and Compounds. Внимание ученых к халькогенидам, соединениям халькогенов (сера, селен, теллур) с металлами, связано с их уникальными свойствами. Среди халькогенидов можно обнаружить не только полу- и сверхпроводники, но и соединения с магнитными и оптическими свойствами.

Не меньший практический потенциал имеют халькогениды редкоземельных элементов (РЗЭ). Двойные и тройные халькогениды РЗЭ нередко демонстрируют ряд новых тепловых, магнитных и оптических свойств, нехарактерных для прочих халькогенидов. В настоящей работе авторы рассмотрели синтез и структуру сложного сульфида EuErCuS₃, а также оценили его оптические, магнитные, дюрометрические и термические свойства.

Было обнаружено, что соединение кристаллизуется в структурном типе Eu₂CuS₃ (рисунок1), который типичен для соединений EuLnCuS_3. Синтезированное соединение содержит магнитный ион Er³⁺. Как следствие, данный ион испытывает ферримагнитный переход при низких температурах около 4,8 К. Для сравнения, у другого халькогенида, EuGdCuS₃ переход наблюдается при температуре 5,4 К.

Авторами также продемонстрировано, что значения, полученные в результате изучения магнитных и термических свойств EuErCuS₃, находятся в диапазоне для изоструктурных соединений ALnCuS₃ (A = Sr, Eu; Ln = La-Lu). Расчеты кристаллической структуры и фононного спектра были выполнены для EuErCuS₃ в рамках подхода LCAO-MO и теории функционала плотности с использованием гибридного функционала B3LYP. Результаты расчетов позволили ученым интерпретировать наблюдаемые колебательные спектры. Валентное состояние RE-ионов (Er³⁺ и Eu²⁺) проверялось комбинацией рентгеновской дифракции и люминесцентной спектроскопии (рисунок 2).

Показатель, на который прежде всего обратила исследовательская группа при изучении электрических свойств, – ширина запрещенной зоны. Этот показатель позволяет оценить способность твердых тел пропускать электрический ток. По результатам из спектра диффузного отражения данный показатель составляет 1,934 эВ (рисунок 3).

Можно сказать, что синтезированный халькогенид является полупроводником. Что интересно, рассчитанное значение ширины запрещенной зоны (2,56 эВ) отличается от экспериментального. Как говорят авторы, это может быть связано с тем, что в расчетах орбитали редкоземельных ионов были заменены псевдопотенциалом.

ТюмГУ

50 статей

Тюменский государственный университет (ТюмГУ) — первый университет Тюменской области, был открыт в 1930 году. Готовит специалистов по 175 направлениям подготовки. Университет входит в число участников Проекта 5-100 — программы повышения международной конкурентоспособности российских вузов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.

Показать больше