Структура и свойства твёрдых растворов замещения CrxTi1-xX2 (X = S, Se, Te)

• Автор: Меренцов, Александр Ильич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I
Литературный обзор. Структура и физические свойства дихалькогенидов титана с легированием по типу интеркалации и замещения
1.1 Кристаллическая структура дихалькогенидов титана
1.2 Химическая связь в дихалькогенидах титана, модель Уилсона-Йоффе
1.3 Физические свойства дихалькогенидов титана
1.3.1 Электрические свойства дихалькогенидов титана
1.3.2 Тепловые свойства дихалькогенидов титана
1.3.3 Магнитные свойства дихалькогенидов титана
1.4 Состояние с волной зарядовой плотности в Ті8е
1.4.1 Конденсация экситонов
1.4.2 Зонный эффект Япа-Теллера
1.4.3 Антиферроэлектрический переход
1.5 Кристаллическая структура и физические свойства дихалькогенидов титана, интеркалированных хромом
1.5.1 СгхТ18е
1.5.2 СгхТі
1.5.3 СгхТІТе
1.6 Кристаллическая структура и физические свойства твёрдых растворов замещения по подрешётке металла на основе дихалькогенидов титана
1.6.1 МхТіі.х8е2, М = V, МЬ, Та, НЕ
1.6.2 СгхТіі_х8е
1.6.3 МХТІ,.Х82, М = V, ІМЬ, Та
1.7 Заключение по главе
1.8 Цели и задачи исследования
ГЛАВА II
Экспериментальные методики
2.1 Синтез и аттестация соединений на основе дихалькогенидов титана
2.2 Электронно-зондовый микроанализ
2.3 Измерение электрических свойств
2.4 Измерение магнитных свойств
2.5 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
ГЛАВА III
Кристаллическая и электронная структура соединений СгхТіі.хХ
3.1 Особенности кристаллической структуры твёрдых растворов СгхТіі_хХ2 (X = 8, 8е, Те)..
3.2 Резонансная и нерезонансная фотоэлектронная спектроскопия твёрдых растворов СгхТі]. хХ2 (X = 8, 8е)
3.2.1 Нсрезонансная РФЭС ТіБег и систем СгхТіі.хХг (X = в, Бе)
3.2.2 Резонансная рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия соединений СгхТі).хБе2
3.3 Заключение но главе III
ГЛАВА IV
Электрические и магнитные свойства соединений СгхТі|.хХ2 (X = Б, Бе, Те)
4.1 Электрические свойства материалов СгуТії.уХг (X = Б, Бе, Те)
4.1.1 Влияние стехиометрии на транспортные свойства Ті Бет. Слабая локализация
4.1.2 Влияние замещения титана хромом на электрические свойства соединений СгуТІ|.чХ2 (X = Б, Бе, Те)
4.2 Магнитные свойства соединений СгхТц.хХ2 (X = Бе, Те)
4.4 Заключение по главе IV
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
Список используемых сокращений
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное изучение слоистых дихалькогенидов переходных металлов (СДПМ) ведётся с 70-х годов прошлого века. Эти материалы интересны по двум причинам. Во-первых, слоистость структуры и относительно слабая связь между соседними слоями халькогена позволяет получать на основе этих материалов так называемые интеркалатные (интеркалация - обратимое внедрение различных примесей в межслоевое пространство без изменения слоистой структуры материала) соединения, где атомы, ионы или целые молекулярные комплексы занимают позиции в межслоевом пространстве. Интеркалатные соединения, в свою очередь, обладают широким спектром новых свойств, полезных для функционального применения. Во-вторых, кристаллическая структура матриц СДПМ обладает достаточной простотой, поэтому системы могут выступать модельными объектами для проверки различных теорий. Ярко выраженный квазидвумерный характер кристаллической структуры дихалькогенидов титана Т1Х2 (X = Б, Бе, Те) обусловлен относительной слабостью связей Ван-дер-Ваальсовой природы между соседними блоками халькоген-титан-халькоген.
В связи с тем, что при интеркалации примесь попадает в промежуток между блоками Х-П-Х (т.н. Ван-дер-Ваальсову щель), позиции внутри которой окружены двумя слоями халькогена, имеющими эффективный положительный заряд, легирование возможно исключительно по донорному типу. Такое легирование приводит к увеличению концентрации свободных носителей заряда и к повышению уровня Ферми соединения. Однако для полного управления свойствами материала необходимо научиться понижать уровень Ферми. Это можно сделать, если примесь будет акцепторной. Добиться акцепторного легирования можно путём замещения титана на элемент меньшей валентности. В качестве замещающей титан примеси выбраны Зб-переходные металлы (Сг, Ее, Со, №), поскольку удачного замещения можно ожидать при близком значении энергии образования халькогенидов. Из перечисленного ряда Зб-переходных металлов только с хромом удалось получить твёрдые растворы замещения - в остальных случаях атомы примеси стремились занимать позиции в межслоевом

0.0 0.1 0.2 0Л X
Рисунок 1.13 Проводимость СохТі8ез и Сг.чТіБег как функция концентрации интеркаланта. На врезке - температурная зависимость проводимости СгхТі8е2 (х = 0.05, 0.33) [44]
1.5.2 СгхТІ
Как показывают исследования [46], кристаллическая структура материалов СіуТіБі не зависит от концентрации хрома и обладает тригональным типом 1Т-Сс112. Пики, соответствующие моноклинной структуре, отсутствовали и для материалов с критическими концентрациями хрома (0.25, 0.33, 0.5), что объясняется авторами размерами кристаллитов поликристаллических образцов. На рисунке 1.14 представлено изменение параметров элементарной ячейки а к с материалов МхТі82 с различными интеркалированными металлами. Зависимость для интеркалированного хрома обозначена на рисунке открытыми треугольниками. Наблюдается зависимость, аналогичная той, что наблюдается для материалов СгхТі8е2 (см. рисунок 1.10) - незначительное уменьшение параметра с до состава сх~ 0.25 и дальнейший его рост. Экспериментальные результаты по измерению электронного спинового резонанса позволяют заключить, что хром находится в материалах в парамагнитном свободном ионном состоянии Сг3+.