Фазовые переходы, структура и свойства твердых растворов на основе VO2 и процессы старения в системе V1-xFexO2

• Автор: Кузнецова, Юлия Вадимовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ,.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .

1.1. О природе фазового перехода металлполупроводник в диоксиде ванадия.

1.2. Физические свойства двуокиси ванадия.

1.2.1. Структурные свойства V

1.2.2. Электрические свойства оксидов ванадия

1.2.3. Магнитные и оптические свойства оксидов ванадия.

1.2.4. Теплофизические свойства оксидов ванадия

1.3. Влияние легирования примесями на свойства V

1.3.1. Структурные свойства легированной двуокиси ванадия

1.3.2. Электрические свойства легированной V.
1.3.3. Магнитные свойства легированной V.
1.4. Влияние точечных дефекгов кристаллического строения на ФПМП
1.5. Постановка задачи исследования.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1. Методика съемки рентгенограмм и определение интенсивности дифракционных максимумов.
2.2.Методика измерения температурной зависимости
электросопротивления
2.3. Методика измерения температурной зависимости теплоемкости
2.4. Методика измерения магнитной восприимчивости.
3. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Двуокись ванадия.
3.1.1. Синтез и аттестация образцов. Область гомогенности
3.1.1.1. Синтез образцов Vx. Область гомогенности
3.1.1.2. Аттестация образцов Vx
3.1.2. Электрические свойства Vx
3.1.3. Магнитная восприимчивость Vx.
3.1.4. Теплофизические свойства Vx
3.1.5. Обсуждение экспериментальных результатов для
образцов Ух.
3.1.6. Выводы к разделу 3.1
3.2. Твердые растворы У А1Х.
3.2.1. Синтез и аттестация образцов У1.ХА1Х
3.2.1.1. Приготовление твердых растворов V 1.х А1х
3.2.1.2. Аттестация образцов У.х А1Х.
3.2.2. Электрические свойства твердых растворов Угх А1Х
3.2.3. Магнитная восприимчивость соединений У А1Х.
3.2.4. Теплоемкость твердых растворов У1.х А1Х.
3.2.5. Диаграмма фазовых переходов в твердых растворах
Уьх А1Х
3.2.6. Выводы к разделу 3.2
3.3. Твердые растворы У1хРех .
3.3.1. Синтез и аттестация образцов
3.3.1.1. Приготовление твердых растворов У1вХРех.
3.3.1.2. Аттестация образцов УьхРех
3.3.2. Электросопротивление соединений У1хРех.
3.3.3. Магнитные свойства твердых растворов У1.хРех
3.3.4. Теплоемкость соединений У1.хРех.
3.3.5. Диа1рамма фазовых переходов твердых растворов У1.хРех.
3.3.6. Старение диоксида ванадия.
3.3.6.1. Температурновременная модель старения образцов.
3.3.6.2. Технологическое решение проблемы старения
3.3.7. Выводы к разделу 3.3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Механизм ФПМП с образованием сверх структуры в двуокиси ванадия связывают с пайерлсовской неустойчивостью одномерной арзоны с симметрией х2 у2, так как известно, что расстояние между катионами вдоль кристаллической оси С значительно меньше расстояния между соседями в перпендикулярных направлениях. В этом случае ФПМП описывается структурным фазовым переходом цепочки эквидистантно расположенных атомов ванадия вдоль кристаллической оси С в состояние, в котором расстояния между ближайшими соседними атомами чередуются, а цепочка имеет зигзагообразный вид рис. Рис. Материал становиться моттовским изолятором. Четверть века назад была экспериментально обнаружена еще одна изоляторная фаза М2 с локальными магнитными моментами на части ионов ванадия. Фаза М2 возникает при незначительном легировании У хромом 0,1 ат. В фазе М2 вдоль направления 1 одна цепочка атомов ванадия образует пары, как в М1 только без отклонения от направления 1, а в соседней цепочке атомы ванадия вновь становятся равноудаленными друг от друга, как в Яфазе, но с сохранением зигзагов, как в Мгфазе . Последние исследования природы ФПМП выполнены в работах 5, 9, . Авторы 3, 9, исследуя оптические свойства У, варьированием процедуры экстракцииинжекции кислорода показали, что, возмущая решетку, но, не меняя концентрации носителей и не возмущая тем самым электронную подсистему материала, невозможно ни вызвать принудительный фазовый переход металлполупроводник в У, ни скольконибудь существенно изменить его положение на температурной шкале. Это свидетельствует о второстепенной роли решеточных возмущений в процессе перехода. И, наоборот, возмущая электронную подсистему, но, не затрагивая кристаллическую решетку, удается индуцировать фазовый переход металлполупроводник в У в очень широком температурном интервале. Это является свидетельством в пользу главенствующей роли электронной подсистемы в процессе перехода 9,. Исследования 5,, показали, что поглощение импульса излучения с длиной волны 1, мкм, соответствующей краю фундаментального поглощения диоксида ванадия и наиболее эффективно генерирующей свободные носители, электронная подсистема переходит в возбужденное состояние. Вслед за этим кристаллическая решетка, реагируя на изменения в электронной подсистеме, также начинает перестраиваться, и кристалл выходит из минимума термодинамического потенциала. Поглощенной материалом энергии недостаточно для преодоления потенциального барьера, разделяющего полупроводниковую и металлическую фазы материала, кристалл быстро возвращается к исходному состоянию, соответствующему минимуму термодинамического потенциала полупроводниковой фазы. При этом полноценного фазового перехода, сопровождаемого перестройкой как электронной, так и решеточной подсистем кристалла и фиксацией материала в новом, металлическом состоянии, не происходит , . Таким образом, ФПМП в УС2 ведет себя как электронный фазовый переход в том смысле, что его начальной стадией является перестройка электронной подсистемы материала, а неизбежно возникающие при этом изменения в кристаллической решетке носят вторичный характер в том отношении, что являются стадией процесса перехода образца из полупроводникового состояния в металлическое, непосредственно следующей за возбуждением электронной подсистемы материала ,. Модель ФПМП, предложенная Адлером и Бруксом, принимает во внимание только кристаллические искажения решетки , и основана на идее Пайерлса, согласно которой энергетическая щель образуется в результате удвоения периода решетки. При Т0 К основное состояние диэлектрическое, ширина запрещенной зоны пропорциональна искажению решетки. С ростом температуры растет концентрация носителей в зоне проводимости, следовательно, растет энергия электронов, что приводит к уменьшению запрещенной зоны . При некотором значении температуры щель закроется и произойдет фазовый переход. По количественным результатам модели величина скачка проводимости составляет , тогда как по экспериментальным данным 5, что говорит о плохой согласованности результатов.