WWW.DOCX.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет материалы
 

«Низкочастотные колебательные моды в суперионном проводнике CU2-SYMBOL 100 \f Symbol \s 10dSE Биккулова Н.Н., Данилкин С.А., Семенов В.А., ...»

Низкочастотные колебательные моды в суперионном проводнике CU2-SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 10dSE

Биккулова Н.Н., Данилкин С.А., Семенов В.А., Ядровский Е.Л., Ягафарова З.А., Гареева М.Я.

Введение

Селенид меди Cu2-SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 10dSe является фазой переменного состава с широкой областью гомогенности (0<SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 10d<0,25) и обладает смешанным ионно-электронным типом проводимости. По своим электронным свойствам он является полупроводником р-типа, степень вырождения которого увеличивается с отклонением от стехиометрического состава. По ионным свойствам высокотемпературная модификация селенида меди принадлежит к классу суперионных проводников со структурным разупорядочением [1, 2].

Селенид меди выше 130SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10° С переходит в высокотемпературную ГЦК фазу и является суперионным проводником при температуре 400SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10° С с ионной проводимостью SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 10d=2 Ом-1см-1, коэффициентами химической диффузии =10-1 см-1/с и самодиффузии SYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~10-5 см2/с. С отклонением от стехиометрии температура фазового перехода снижается, и Cu1,75Se и Cu1,8Se уже при комнатной температуре имеют ГЦК структуру.

Исследования методом ЯМР Cu2Se и Cu1,75Se показали, что при комнатной температуре начинает формироваться суперионное состояние в Cu2Se.

Сужение линий ЯМР наблюдается как с повышением температуры, так и с увеличением отклонения от стехиометрии при комнатной температуре. Для Cu1,75Se линии узкие, что свидетельствует о большой подвижности ионов меди при комнатной температуре [2].



Можно ожидать, что отклонение от стехиометрии будет влиять на динамику решетки.

Образцы для исследований Cu2Se и Cu1,75Se были получены методом ампульного синтеза с последующей гомогенизацией в течение 100 часов.

Эксперимент

Измерения спектров неупругого рассеяния нейтронов (НРН) проводились на спектрометре по времени пролета ДИН-2ПИ на реакторе ИБР-2 [3]. Начальная энергия нейтронов SYMBOL 69 \f "Symbol" \s 10ESYMBOL 48 \f "Symbol" \s 100 составляла 10.3 мэВ. Рассеянные нейтроны регистрировались одновременно двумя группами детекторов на углах рассеяния SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J1=71, 76, 81, 86, 91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10° и SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J2=114, 119, 124, 129, 134SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10°. Измерения проводились при комнатной температуре. Исследовались составы Cu2Se и Cu1.75Se. Порошкообразные образцы весом около 65 г. помещались в контейнеры из алюминиевой фольги размером 3SYMBOL 180 \f "Symbol" \s 10ґ70SYMBOL 180 \f "Symbol" \s 10ґ110 мм3. Образцы устанавливались в геометрии «на отражение» с углом SYMBOL 187 \f "Symbol" \s 10»60SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10° к пучку падающих нейтронов.

Обработка данных и экспериментальные результаты

Вначале из спектров НРН вычитался фон быстрых нейтронов (фон от контейнера был мал вне области упругого рассеяния и не учитывался). Анализ измеренных спектров НРН показал, что спектры слабо зависят от угла рассеяния в каждой группе детекторов SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J1 и SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J2, но для разных групп разница довольно значительная. Поэтому, в том числе и с целью улучшения статистической точности, спектры суммировались по пяти углам рассеяния для каждой группы детекторов. Полученные таким образом спектры НРН в зависимости от переданной энергии SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10e (SYMBOL 104 \f "MT Extra" \s 10hSYMBOL 119 \f "Symbol" \s 10wSYMBOL 61 \f "Symbol" \s 10=SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 61 \f "Symbol" \s 10=SYMBOL 69 \f "Symbol" \s 10ESYMBOL 45 \f "Symbol" \s 10-SYMBOL 69 \f "Symbol" \s 10ESYMBOL 48 \f "Symbol" \s 100, где SYMBOL 69 \f "Symbol" \s 10ESYMBOL 48 \f "Symbol" \s 100 и SYMBOL 69 \f "Symbol" \s 10E - энергии нейтронов до и после рассеяния) приведены на рис.





1 и 2, на которых указаны диапазоны углов рассеяния для каждой группы.

(Комментарий: На рисунках представлены спектры рассеянных нейтронов I(SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10e) в зависимости от передачи энергии, не переведенные в энергетическую шкалу, то есть без умножения на фактор dt/dESYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~E-3/2SYMBOL 116 \f "Symbol" \s 10t (SYMBOL 116 \f "Symbol" \s 10t - ширина канала времяпролетного анализатора). Это сделано специально, чтобы показать исходные спектры, в которых хорошо видны пики при энергиях 3-4 мэВ. Указанный фактор учитывается при вычислении спектров частот и наряду с другими (см. формулу (1)) преобразует исходный спектр так, что сильно увеличивается интенсивность при больших передачах энергии).

Рис. 1. Спектры нейтронов, рассеянных Cu2Se и просуммированных по углам рассеяния

=71-91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (a); =114-134SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (b)

Рис. 2. Спектры нейтронов, рассеянных Cu1.75 Se и просуммированных по углам рассеяния

=71-91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (a); =114-134SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (b)

Далее, для каждого из спектров вычислялся спектр частот GSYMBOL 40 \f "Symbol" \s 10(SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 41 \f "Symbol" \s 10) по формуле для дважды-дифференциального однофононного некогерентного рассеяния нейтронов:

(1),

где Q - передача импульса нейтрона, - фактор Дебая-Валлера, M - масса ядра.

При вычислениях фактор Дебая-Валлера полагался равным 1. Полученные спектры приведены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Спектр частот Cu2Se для

=71-91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (a); =114-134SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (b)

Рис.4. Спектр частот Cu1,75Se для

=71-91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (a); =114-134SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8° (b)

Обсуждение результатов

а) Спектры НРН

Спектры НРН для Cu2Se и Cu1.75Se имеют подобную структуру. Для углов рассеяния SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J1 (рис. 1а и 2а) в спектрах наблюдаются пики при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 187 \f "Symbol" \s 10»3SYMBOL 184 \f "Symbol" \s 10ё4 мэВ. Это согласуется с данными, приведенными в работе [4], в которой низкочастотные моды связывались с локализованными бездисперсионными колебаниями ионов меди. Интенсивность этих пиков (рис. 1, 2) значительно выше рассеяния от акустических и оптических мод кристалла, которые имеют частоты до 30SYMBOL 184 \f "Symbol" \s 10ё40 мэВ. На больших углах рассеяния SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J2 (рис. 1б и 2б) также наблюдаются пики локализованных колебаний, но их вклад значительно меньше по сравнению с решеточными модами. Из рис. 1а и 2а видно, что пик локализованных колебаний в Cu1.75Se шире и несколько сдвинут в сторону более высоких частот по сравнению с Cu2Se.

б) Спектры частот

Спектры частот Cu2Se и Cu1.75Se приведены на рис. 3 и 4 отдельно для каждой из групп детекторов.

(Комментарий: обычно спектры частот когерентно рассеивающих материалов вычисляются усреднением (сложением) спектров, измеренных на различных углах рассеяния. При этом, чем больше область обратной решетки в шаровом слое с радиусами Qmin и Qmax, тем лучше усреднение так называемых когерентных эффектов. Поэтому для получения спектра частот Cu2Se и Cu1.75Se вообще-то надо сложить спектры, измеренные на всех углах. Однако в нашем случае представляется целесообразным приводить спектры для двух групп детекторов отдельно, поскольку мы анализируем именно локализованные моды, чья интенсивность зависит от угла рассеяния, и их просто плохо видно на больших углах). Видно, что при вычислении спектров частот, когда элиминируются факторы экспериментального метода и получается частотное распределение, происходит сильная модификация исходных времяпролетных спектров и низкочастотные моды уже не проявляются так ярко. как на рис. 1, 2. Тем не менее эти пики наблюдаются в спектрах частот в виде отдельного максимума при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~3.5 мэВ в Cu2Se (рис. 3а) и практически сливающегося с максимумом акустических мод решетки при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~4 мэВ в Cu1.75Se (рис. 4а).

Пики в спектрах при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~12 и 24 мэВ очевидно соответствуют акустическим и оптическим колебаниям решетки селенида меди. Граница спектра, по-видимому, составляет около 30 мэВ, а конечная плотность состояний при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 62 \f "Symbol" \s 10>30 мэВ связана, вероятно, с многофононным рассеянием, хотя не исключена возможность наличия оптической моды при SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10eSYMBOL 126 \f "Symbol" \s 10~35 мэВ. В частности, в спектре частот PbF2 наблюдаются пики при 15, 25 и 38 мэВ, причем интенсивность пика при 38 мэВ значительно меньше, чем других [5]. Точно подтвердить наличие такой моды в селениде меди могут измерения дисперсионных кривых.

Для определения параметров пиков локализованных колебаний низкочастотная часть спектра аппроксимировалась функцией, представляющей собой сумму спектра акустических мод (пропорционален SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10e2 при низких частотах и функции Лоренца):

(2).

Результаты подгонки методом наименьших квадратов показаны на рис. 5 для спектров частот Cu2Se и Cu1.75Se, измеренных на углах рассеяния SYMBOL 50 \f "Symbol" \s 102SYMBOL 74 \f "Symbol" \s 10J1=71, 76, 81, 86, 91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 10°, где локализованные колебания проявляются сильнее. Параметры пиков приведены в таблице.

Таблица. Параметры пиков локализованных колебаний

Состав Амплитуда (A2) Положение (SYMBOL 101 \f "Symbol" \s 10e0) Ширина

(w)

Cu2Se 49SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±8 3.56SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±0.08 2.1SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±0.3

Cu1.75 Se 67SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±14 4.07SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±0.08 2.4SYMBOL 177 \f "Symbol" \s 10±0.2

Рис. 5. Спектры частот Cu1.75Se (a) и

Cu2Se (b), измеренных на углах рассеяния

= 71SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8°, 76SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8°, 81SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8°, 86SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8°, 91SYMBOL 176 \f "Symbol" \s 8°.

Как видно из приведенных данных, амплитуды пиков в Cu2Se и Cu1.75Se равны в пределах экспериментальных ошибок. Доля этих мод составляет 5-7 % от числа всех колебательных мод (спектры нормировались на 1, граничную частоту спектра считали равной 32 мэВ). Энергия и ширина локального пика выше в Cu1.75Se, который при комнатной температуре имеет структуру высокотемпературной SYMBOL 97 \f "Symbol" \s 10a-фазы.

Выводы

Как следует из результатов исследований, отклонение от стехиометрии приводит к уширению и росту интенсивности локализированной моды. Эти результаты находятся в полном согласии с результатами исследований Cu2Se и Cu1,75Se методами ЯМР при комнатной температуре [2]. Сужение спектра ЯМР, вызванное диффузионным движением резонирующих ядер, наблюдается уже при комнатной температуре для Cu2-SYMBOL 100 \f "Symbol" \s 10dSe. При переходе к образцам состава Cu1,75Se изменяется форма линий спектра, и линии становятся уже. Это свидетельствует о том, что ионы меди в Cu1,75Se более подвижны, чем в Cu2Se.

Отклонение от стехиометрии в Cu2Se приводит к тем же эффектам, что и повышение температуры в CuJ: при переходе в суперионную фазу происходит уширение и рост локализованной моды [6].

В этой работе отмечается, что именно увеличение локализованной моды может быть связано с ионной проводимостью. Ширина моды отражает ангармоничность колебаний.

Список литературы

Sakuma T. Bulletin of Electrochemistry. 11 (1995) 57.

Neutron experimental facilities for condensed matter investigations at FLNP JINR. User Guide. JINR. Dobna, 1997.. 25.

Sakuma T., Shibata K. J. Phys. Soc. Japan. 58 (1989) 3061.

Dickens M.N., Hutchings M.T. J. Phys. C. 11 (1978) 461.

Sakuma T.,. Shibata K, Hoshino S. Solid State Ionics. 40/41 (1990) 337.

Похожие работы:

«Методическая разработка внеклассного мероприятия по физике в рамках проведения предметных дней в школе Тайны жидкостей и морских глубин План мероприятия Вступительное слово Доклад "Закон Архимеда в нашей жизни" Рассказ "Изучение голубого континента нашей планеты" Выступление водолаза или аквалангист...»

«\sСОДЕРЖАНИЕ стр. I. Общие положения.. 3 II. Действие личного состава поста наблюдения при обнаружении ядерного взрыва.. 4 III. Действия личного состава поста наблюдения при обнаружении радиоактивного заражения.. 5 IV. Действия личного состава...»

«Направление 04.06.01 Химия Профиль Органическая химия Закономерности строения и реакционного поведения органических соединений. Теория химического строения А.М. Бутлерова. Представления о пространственном строении молекул. Электронная теория химической...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный университет нефти и газа имени И. М. Губкина" (РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина) Кафедра ГазохимииЛабораторная работ...»

«Пояснительная записка Математика 3 класс УМК "Перспектива"1.Роль и место дисциплины Математика один из основных предметов в начальной школе. Изучение математики имеет особое значение в развитии младшего школьника. Приобрет...»

«Список учащихся 8 "А" класса с углубленным изучением физики и математики Классный руководитель Потапова Л.В. Борисенков Даниил Евгеньевич Борисова Ангелина Вячеславовна Васильченко Артем Алексеевич Дегтярева Софья Але...»

«Аннотации дисциплин ООП подготовки бакалавров по направлению 18.03.01 Химическая технология Профиль Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов Форма обучения заочная. Срок освоения ООП 4 года Наименование дисциплины Обору...»

«ОЛІМПІАДА З МАТЕМАТИКИ 6 клас1. Що більше 15% від числа 240, чи число, 75% якого дорівнює 27? (15 б.)2. Учень прочитав книгу за три дні. В перший день він прочитав 0,2 всієї книги і ще 16 сторінок, на другий день 0,3 залишку і ще 20 сторінок. В третій день 0,75 залишку і останні 30 сторінок книги. Скільки сторінок було в книз...»








 
2017 www.docx.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - интернет материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.