![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
В настоящем проекте ставится задача разработать методы синтеза и выращивания кристаллов интерметаллических соединений, образованных переходным металлом и галлием с преобладающим содержанием последнего, для изучения особенностей кристаллического и электронного строения и физических свойств богатых галлием интерметаллидов. Будут применены различные методы получения богатых галлием интерметаллидов, включая кристаллизацию из расплава галлия и химические транспортные реакции. В качестве объектов исследования выбраны бинарные интерметаллиды CrGa4, MnGa4, Mo8Ga41 и RuGa2, которые проявляют уникальные свойства, такие как высокотемпературный магнетизм, сверхпроводимость, переход металл-полупроводник и термоэлектрическую активность, физические причины которых остаются нераскрытыми, а также тройные соединения R2MnGa6, демонстрирующие по нашим предварительным данным необычное сочетание транспортных свойств и магнитного порядка.
This project is aimed at the development of new synthetic routes to complex intermetallic compounds rich in gallium. It is planned that advanced methods of crystal growth will be developed for a vast family of Ga-rich intermetallics and their properties will be studied, ultimately leading to uncovering of the structure-property relationships.
Ожидается, что в результате выполнения проекта будут разработаны методы получения объемных кристаллов выбранных объектов исследования и установлены особенности кристаллической и электронной структуры, определяющие электрофизические и магнитные свойства богатых галлием интерметаллидов, а подробное экспериментальное исследование свойств с использованием полученных кристаллов позволит установить фундаментальные взаимосвязи "состав – структура – физические свойства".
Согласно предварительно полученным результатам, разработан метод синтеза кристаллов интерметаллидов CrGa4 и MnGa4 с помощью высокотемпературного расплава галлия и установлено существование ограниченного твёрдого раствора между данными интерметаллидами. В настоящее время группа проводит исследования кристаллической структуры и физических свойств интерметаллидов CrGa4 и MnGa4. Метод синтеза с использованием высокотемпературного расплава галлия также успешно применён для выделения кристаллов интерметаллида Mo8Ga41 и ограниченного твёрдого раствора Mo8-xVxGa41. Проведённое исследование физических свойств показывает, что Mo8Ga41 является сверхпроводником II рода с относительно высокой критической температурой TC = 9.8 K в нулевом магнитном поле, сверхпроводящее состояние которого характеризуется сильным электрон-фононным взаимодействием. В дальнейшей работе планируется исследование сверхпроводящего состояния интерметаллида Mo8Ga41 с использованием спектроскопии мюонов.
грант РФФИ |
# | 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. |
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".