Интерметаллиды переходных металлов, богатые галлием: от разработки синтетических подходов до кристаллической структуры и физических свойствНИР

Ga-rich intermetallic compounds of transition elements: From new synthetic approaches to crystal structure and physical properties

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 20 марта 2017 г.-31 декабря 2017 г. Интерметаллиды переходных металлов, богатые галлием: от разработки синтетических подходов до кристаллической структуры и физических свойств
Результаты этапа: Исследованы экспериментальные условия получения кристаллов различных богатых галлием интерметаллидов с использованием расплава галлия. Полученные кристаллы использованы для установления деталей кристаллической структуры интерметаллидов и измерения транспортных и магнитных свойств. Показано, что свойства изоструктурных соединений CrGa4 и MnGa4 различны. Первое соединение можно описать как плохой немагнитный металл, тогда как производное марганца является типичным металлическим проводником и антиферромагнетиком с TN = 373 K. Нейтронографическими исследованиями установлено, что магнитные моменты на атомах марганца расположены антипараллельно вдоль оси третьего порядка. Неоднородность кристаллической структуры CrGa4 с вероятными антисайтными дефектами приводит к ограниченной протяженности твердого раствора Cr1-xMnxGa4 с x(max) = 0.14(1). Замещение марганца в MnGa4 на хром и железо не происходит, но в последнем случае образуется твердый раствор Fe1-xMnxGa3 с x(max) = 0.10-0.11, который демонстрирует полупроводниковые свойства во всем диапазоне составов, причем дырки являются доминирующим типом носителей заряда. Установлено, что данный твердый раствор характеризуется низкой теплопроводностью, что наряду с высокими значениями коэффициента Зеебека делает его перспективным термоэлектрическим материалом. Также синтезированы кристаллы соединения Gd2MnGa6 и показано, что в противоречии с литературными данными оно кристаллизуется не в кубической, а в тетрагональной сингонии. Его структура и свойства требуют дальнейшего изучения.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Интерметаллиды переходных металлов, богатые галлием: от разработки синтетических подходов до кристаллической структуры и физических свойств
Результаты этапа: С использованием методики, основанной на применении расплава галлия, синтезированы кристаллы различных богатых галлием интерметаллидов и исследованы их свойства. Обнаружено, что интерметаллическое соединение CrGa4, имеющее простую кубическую структуру, характеризуется специфическими структурными искажениями, приводящими к сложному виду ЯКР-спектра и аномальным транспортным свойствам. Для твердых растворов FeGa3-xAlx установлен предел замещения х = 1.5 и показано, что максимальная степень замещения приводит к возникновению химического давления эквивалентного 1.2 ГПа, которое, однако, недостаточно для перехода из полупроводникового в металлическое состояние. Замещение железа на рений в FeGa3 с максимумом замещения в 10% также не приводит к возникновению металлической проводимости, предсказанной в модели жестких зон, однако влечет смену знака носителей заряда в области температур 500-620 К в зависимости от содержания рения. Установлено, что из-за относительного большого удельного сопротивления термоэлектрическая добротность Fe1-xRexGa3 не превышает ZT = 0.08. Выявлено, что высокотемпературные модификации Gd2MnGa6 и Tb2MnGa6 представляют собой структуру внедрения на основе структуры типа AuCu3, в которой Tb и Ga занимают позиции Au и Cu соответственно, а Mn встраивается в октаэдрические пустоты в подрешетке Ga, причем для ht-Gd2MnGa6 характерно слабое тетрагональное искажение структуры.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Интерметаллиды переходных металлов, богатые галлием: от разработки синтетических подходов до кристаллической структуры и физических свойств
Результаты этапа: В результате выполнения проекта получены следующие основные результаты: 1. Гетеровалентное замещение железа в FeGa3 n-типа приводит к концентрационному диапазону перехода в металлическое состояние через промежуточное неметаллическое поведение, что обеспечивается существованием «in-gap states» внутри запрещенной зоны, которые последовательно насыщаются электронами при увеличении степени допирования. После чего происходит заполнение зоны проводимости и образцы демонстрируют типичные металлические свойства. 2. Замещение p-типа в FeGa3 происходит с сохранением полупроводниковых свойств во всей области гомогенности твердых растворов Fe1-xMxGa3 (M = Mn, Re). Причиной чего служат особенности локального кристаллического строения в виде преимущественного образования гомогантелей M-M, приводящие к возникновению дополнительных акцепторных уровней, как было показано на примере твердого раствора Fe1-xRexGa3. 3. Достичь переход полупроводник-металл можно и путем создания давления физического или его аналогом – химическим давлением, которое достигается путем замещения на меньшие по размерам атомы. В нашем исследовании мы изучали гомовалентное замещение галлия на алюминий. Хотя бинарного соединения FeAl3 с одинаковой с FeGa3 строением не существует (по-видимому, из-за размерного несоответствия) мы получили твердый раствор FeGa3-yAly, в котором максимальная степень замещения составила ymax = 1.25. Экспериментально и расчетами электронной структуры было показано, что даже максимальная степень замещения 1.25 атома алюминия, соответствующая созданию давления в 1.2 ГПа, сохраняет неметаллические свойства. А переход в металлическое состояние ожидался бы при большей степени замещения (~80 ат. % Al) реально нереализуемой.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".