Электрические свойства оксидов и халькогенидов цинка, кадмия и германия при высоких давлениях Игнатченко, Ольга Аркадьевна

Введение к работе

Актуальность работы. Одним - из важнейших направлений фундаментальных исследований в физике твердого тела является изучение физических свойств материалов при высоких и сверхвысоких статических давлениях. Основная часть работ в этой области посвядена систематическому изучению динамики кристаллических структур о применением диффракционных и оптических методов в различных спектральных диапазонах.

В то же время исследования явлений переноса в кристаллах при давлениях, превышающих 15-20 ГПа, носят отрывочный характер. В частности, это относится к таким важным характеристикам, как электропроводность и термоэдо, позволяющим проследить динамику изменения зонного спектра кристаллов при росте давления и дополнить данные оптических экспериментов. Последнее связано, в первую очередь, со сложностью экспериментальных методов исследований.

В то же время, систематические электрофизические исследования практически важных соединений групп A^zB^e и А⁴В^в (имеющих близкие электронные и кристаллические структуры) при давлениях выше 20 ГПа в широком интервале температур актуальны и позволяют глубже понимать природу явлений, наблюдаыцихся з кристаллах при сверхвысоких давлениях.

Цель работы - исследование механизма изменений электрических свойств соединений ZnX, CdX, GeX (X»0,S,Se,Te) в интервале давлении 15-50 ГПа при 77-400 К, выявление связи набллдаешх процессов с кристаллохшичэскими параметрами этих материалов, ₍ изучение условий возникновения метастабильных состояний с высокой концентрацией носителей заряда и термобарических границ их устойчивости.

Для достижения поставленной цели было необходимо:

1. провести систематические экспериментальные исследования температурных (77-400 К) и барических (1Б-50 ГПа) зависимостей электрического сопротивления и термоэдс соединений ZnX, CdX, GeX (X=0;S,Se,Te);

2. установить обкие закономерности индуцированных давлением изменений электропроводности, терыоэдс, концентраций и типа носителей заряда данных соединений, и выявить их связь о"криоталлохи-лическими параметрами;

3. выявить условия образования метастабильных состояний о зысокой электропроводностью.

Научная новизна работы:

4. впервые проведены систематические экспериментальные исследования электросопротивления и термоэдс соединений ZnSe, CdSe в интервале температур 77 - 400 К и давлений 15 - 50 ГПа; показано, что фазовый переход в структуру типа NaCl в этих соединениях является не переходом "полупроводник - металл", как предполагали ранее, а переходом типа "полупроводник - вырожденный полупроводник";

5. впервые проведены исследования температурных и барических зависимостей сопротивления и термоэдс ZnTe и CdTe в интервале температур 77 - 400 К и давлений 16 - 50 ГПа; экспериментально подтверждено существование предсказанной ранее теоретически Ш фазы с металлическим типом проводимости в интервале давлений 20 -30 ГПа; установлено, что при давлениях 30-50 ГПа ZnTe является типичным полупроводником, a CdTe - вырожденным полупроводником либо полуметаллом;

6. впервые проведены исследования температурных и барических зависимостей сопротивления и термоэдс ZnO и CdO в интервале давлений 20-50 ГПа и температур 77 - 400 К;

7. впервые показано, что значения давлений перекодов соединений группы А²В⁶ в состояния с высокой проводимостью, величины химических потенциалов носителей заряда в этих состояниях коррелируют с их кристаллохимическими характеристиками;

8. впервые проведены электрофизические исследования GeS, QeSe при давлениях до 50 ГПа; установлено, что при давлениях такого порядка в сульфиде и оелениде германия наблюдается последовательность переходов от активационной проводимости к металлической и вновь к активационной;

9. впервые проведены систематические исследования электропроводности и термоэдс ВеТе при температурах 77 - 400 К и циклиро-вании давления от 15 до 50 ГПа; определены характер проводимости фаз. высокого давления GeTe со структурами типа NaCl, GeS, CsCl;

10. для всех изученных соединений определены границы устойчивости состояний с индуцированной давлением высокой проводимостью, установлены границы метастабильности таких состояний.

Работа выполнена 6 рамках госбюджетной научно-исследовательской программы "Исследование структурных и фазовых превращений в материалах при экстремальных воздействиях в электрических и магнитных полях".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы . опубликованы в четырех статьях, в пяти тезисах конференций (The Joint AIRAPT/APS Conference, Colorado, USA, 1993, 14th General Conference Matter Division, Madrid, Spain, 1994, The Joint XV AI-RAPT & XXXIII EHPRG International Conference, Warsaw, Poland, 1995, "Электронная плотность, химическая связь, физико-химические свойства твердых тел", Москва, 1990), доложены на семинарах кафедры.

На защиту выносятся:

11. результаты впервые проведенных систематических экспериментальных исследований электрофизических свойств соединений группы A^ZB⁶ (A²=cd,Znj B⁶=D,S,Se,Te) в интервале давлений 20-50 ГПа и температур 77 - 400 К, уточняющие существовавшие ранее представления 6 характере индуцированных давлением изменений электронных свойств этих материалов;

12. впервые выявленная корреляция значений 'давлений переходов халькогенидов цинка и кадмия в состояния с высокой концентрацией носителей заряда с крнсталлохимическими характеристиками этих со-

'единений;

3. общие закономерности индуцированных давлением изменений электронной структуры халькогенидов германія, в частности, переходов "полупроводникІ-полуметалл-полупроводяикІГ' в GqS и SeSe и переходов "полупроводник - вырожденный полупроводник (полуметалл) - металл" в беТе, впервые полученные в результате экспериментальных исследований электрофизических свойств этих соединений в интервале давлений ЕО - БО ГПа и температур 77 - 400 К;

4. экспериментальное /юдтверзздениэ возможности получения мз- -таогабильных состояния с полупроводниковой или металлоподоСнай проводимостью в CdX, ZnX (X-S,Se), SeTe, основанное на результатах исследований барического гистерезиса электросопротивления этих соединений.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе
ния, четырех глав и заключения. Объем диссертации страниц," в
том числе 51 рисунок. Список цитируемой литературы - 12В наиме
нований. Результаты, полученные при проведении исследований опуб
ликованы в работах С118-1263.

Похожие диссертации на Электрические свойства оксидов и халькогенидов цинка, кадмия и германия при высоких давлениях

Структурно-чувствительные нелинейные оптические свойства поликристаллических и аморфных слоев оксидов и халькогенидов переходных металлов при фазовом переходе "металл-полупроводник" и их применениеТимофеева Ирина Олеговна

Взаимосвязь электрических и магнитных свойств в сильно коррелированных электронных системах оксидов и халькогенидов переходных металлов.Иванова Наталья Борисовна

Электронные и колебательные состояния, индуцированные примесями 3d-металлов в нанопорошках и тонких плёнках оксида и халькогенидов цинкаГруздев, Никита Борисович

Исследование под давлением упругих свойств веществ с различным типом межчастичного взаимодействия на примере галлия, спиртов (CH3OH, C2H5OH) и фуллеритаЯгафаров Оскар Фаитович

Тепловые свойства металлов под давлением при низких температурахКрайденов, В.Ф.

Влияние давления на упругие свойства монокристаллов сплавов висмут-сурьма Миронов Юрий Петрович

Свойства фаз высокого давления в системах металл-водород Антонов Владимир Евгеньевич

Фазовые переходы и электронные свойства халькогенидов свинца при высоком давлении Овсянников Сергей Владимирович

Влияние высокого давления на электронные, оптические и магнитные свойства диэлектриков с переносом заряда Троян Иван Александрович

Структура, магнитные свойства и сверхтонкие взаимодействия в фазах высокого давления в сплавах стали Ho(Fe1-x Mn x )2 и Tb(Fe1-x Mn x )2Гудаев, Магомед-Альви Ахмедович