раздел 2.
влияние вакансий селЕна на электросопротивление NbSe3 и NbSe2 в области
температур 300 – 550 К
В состоянии теплового равновесия в кристалле всегда присутствует определенное
количество вакансий. Для трехмерных материалов процессы образования вакансий и
их влияние на кинетические свойства изучены достаточно полно. В то же время,
как уже было отмечено в обзоре, процессы образования вакансий и их влияние на
свойства в низкоразмерных материалах практически не изучались. Вместе с тем
необходимо подчеркнуть, что из-за особенностей структуры квазиодномерных и
квазидвумерных соединений, а именно, наличия относительно слабо связанных между
собой цепочек и плоскостей, можно ожидать особенностей в процессах образования
и диффузионной кинетике поведения вакансионной подсистемы. Если в трехмерных
моноатомных материалах с высокой степенью совершенства наиболее вероятен
механизм образования вакансий путем выхода атомов из объема на поверхность и
диффузии незанятого узла от поверхности вглубь кристалла, то в слоистых и
цепочечных структурах имеется еще одна возможность. А именно, процесс
образования вакансий в НРС может быть облегчен из-за высокой подвижности атомов
в межслойном и межцепочечном пространстве. Попадая в межслойные области, где
преобладают ван-дер-ваальсовые связи, атомы могут легко перемещаться вдоль
плоскостей и выходить на торцевую поверхность. Это безусловно должно сказаться
как на величине энергии образования вакансий, так и на кинетике диффузионных
процессов.
В настоящем разделе представлены результаты экспериментального исследования
температурной зависимости электросопротивления монокристаллов NbSe2 и NbSe3 в
области повышенных температур (Т > TD) с целью изучения процессов образования
точечных дефектов (как будет показано дальше - вакансий селена), определения их
энергетических параметров и установления их природы и особенностей их
поведения.
2.1. Методика эксперимента
Образцы NbSe2 и NbSe3 синтезировались методом химических газотранспортных
реакций [99, 100]. Для синтеза образцов NbSe3 порошкообразные компоненты Nb и
Se в стехиометрическом соотношении загружались в кварцевую ампулу, которая была
откачана до давления 10-3 - 10-6 мм.рт.ст., и помещалась в печь с температурой
750 оС и градиентом температур 50 оС на длине 12 см. Реакция длилась
14 – 15 суток. Охлаждение до комнатной температуры проводилось со скоростью
5 оС/ч.
Образцы NbSe3 представляли собой иголки размером
(6ё12)ґ(0,02ё0,05)ґ(0,01ё0,005) мм. Большая ось образца параллельна оси b, а
большая поверхность параллельна плоскости (b-c). Рентгеновские исследования при
комнатной температуре показали однофазность приготовленных образцов. Структура
решетки моноклинная Р21/m (C2h2) с параметрами решетки а = 10,009 Е, b = 3,4805
Е, с = 15,629 Е, b = 109,47o.
Выращивание монокристаллов диселенида ниобия проводилось по следующей
технологии. Стехиометрические количества порошкообразного ниобия (чистота
99,6 %; 37,2 вес.%) и гранулированного селена марки ч.д.а. (62,8 вес.%)
помещались в кварцевую ампулу. Ампула откачивалась до давления ~10-5 мм.рт.ст.,
запаивалась и помещалась в печь. Температура печи поднималась до 750 оС и
ампула выдерживалась при этой температуре в течение 72 часа. В результате
получался мелкодисперсный порошок поликристаллического NbSe2 серо-зеленого
цвета. После этого в трехзонную печь помещались откаченные кварцевые ампулы
диаметром 12 мм, длиной 400 мм, в которых содержался поликристаллический
порошок NbSe2 и металлический йод, служивший транспортирующим агентом. В печке
реализовался температурный режим, при котором крайние зоны находились при 875 и
800 оС, а средняя зона (зона роста) - при 725 оС. Процесс роста длился 5 суток.
Полученные монокристаллы представляют собой пластинки, имеющие размеры
(8ё10)ґ(3ё5)ґ(0,1ё0,5) мм.
Исследовались монокристаллические образцы NbSe2 различной степени совершенства.
Аттестация образцов производилась рентгенографически при Т = 293 К. Образцы,
выращенные на базе криогенной лаборатории кафедры физики низких температур ХНУ
им. В.Н. Каразина, имели параметры решетки c =12.54 Е; a = b = 3.45 Е и
отношение сопротивлений R300/R78 = 2,6. Более совершенные образцы,
изготовленные в США фирмой Agere Systems, имели отношение R300/R78 = 3,6 и
параметры решетки c = 12.54 Е; a = b = 3.44 Е. Все образцы характеризовались
значениями ТВЗП = 35 К и Тс = 7,23 К.
Для измерения электросопротивления образцов NbSe3 и NbSe2 использовались схемы
крепления, представленные на рисунке 2.1. Токовыми и потенциальными контактами
служили серебряные или золотые проволоки диаметром 10 и 5 мкм соответственно.
Контакты к образцам крепились с помощью клеевой проводящей пасты на основе
серебра. После приклеивания контактов образцы проходили обработку отжигом на
воздухе при температуре 100 оС. После обработки контакты были омическими и
стабильными. Контактные дорожки Cr-Cu-Cr напылялись на ситалл термическим
способом через маску.
Измерения электросопротивления осуществлялись на постоянном токе по
компенсационной схеме с помощью потенциометра P-363, который имел
чувствительность по напряжению 2ґ10-8 В. Измерительный ток составлял 1 - 2 mA.
Для обеспечения высокой точности при измерениях учитывали влияние контактной
разности потенциалов путем определения напряжения на образце, термометре и
эталонных сопротивлениях при двух противоположных направлениях тока.
Рис. 2.1. Схемы крепления исследуемых образцов NbSe3 (а): 1 – ситалл, 2 –
контактол на основе Ag, 3 – образец NbSe3, 4 – напыленные дорожки Cr-Cu-Cr, 5,
6 – токовые и потенциальные подводы;
и NbSe
- Київ+380960830922