Введение к работе
. Актуальность теш.
ИоЛупрОВОЯШКОВЫе Соединения SbjTSj, Bi2Te3 Н Bi2Se3
привлекают вшшэние как объект исследования в силу дпух вакных причин. Во-первых, широко применяемые в технике в качестве термоэдектриков, они остаются малоизученными узкощелевыми полупроводниками. Высокое давление, как инструмент их изучения, сулит в этом плане большие перспективы. Во-вторых, монокристаллы этих соединений имея слоистую структуру, обладают склонностью к фазовым превращениям под давлением. Тем не менее, изучение полиморфизма этих соединения только начато, особенно в случае sb2Td3. При температурах, близких к комнатной, заторможенность превращения и образовать промежуточных фаз оставляет много неясностей II]. Для многих веществ при попытке строить диаграммы фазовых переходов под давлением существует такая трудность, :<ак больщой гистерезис прямого и обратного переходов, а довольно часто и отсутствие обратного перехода. Большую роль в этом играют и чисто технические трудности, например, отсутствие точных методов фиксации переходов при умоныЕсчпгл давления, негидростатические условия сжатия и прочее. Поэтому, восьма соблазнительна попытка выработать подход построения диаграмм переходов к равновесной диаграммы на пр'.аире вышеупомянутых веществ.
В настоящее время, эффзкишность применяемых в технике термоэлек.тр:г-:еских материалов весьма низкая и ведется интенсивный поиск новых материалов и способы улучшения существующих. Исследования термоэлектрической эффективности теллурндоБ сурьмы и висмута (Sb2Te3, ві2те3) в диапазоне дгнлекки до 1.5 ГПэ показали, в основном, значительный ее рост при увеличении давления. При более высоких давлениях этот вопрос оставался не изученным. Кроме того, термоэлектрически материал, обработанный высоки;.! давлением тзк-те представляет болькой интерес для разработчиков.
Цель работы.
Целью диссертации является экспериментальное изучение фазовы" переходов и термоэлектрических свойств sb2Te3 и ві2тє3 под эысоким гидростатическим давлением до 9 ГПа методами измерения электросопротивления, термоэдс и лииепноя сжимаемости.
Научная новизна работы. Г. Вп2рвые~в~тёллурвде сурьмы обнаружены под давлением две новые фазы.
2. Для теллуридов сурьмы и висмута е области гидростатических
давлении до 9 ГПа и температур от 20С до 400С построены <
Р-Т- диаграммы фазовых переходов (как прямых, так и
обратных).
3. Впервые при помощи тензодатчиков сопротивления под
гидростатическим давлением до 9 ГПа измерена сжимаемость
sb2Te3 как в направлении тригональної! оси, так и в
базисной плоскости. Определен, скачок объема при фазовом
переходе.
4. Проведен анализ Р-Т диаграмм прямых и обратных фазовых
переходов в st>2Te3 и ві2те3 и предлагается способ
построения равновесных диаграмм в случае больших
гкстерезисої и образования промежуточных метастабильных
фаз.
5. Обнаружен мартенситный характер фазовых превращений в
sb2Te3 и ві2те3 под давлением при температурах от 20С до
200С.
6. Проведена оценка величин термоэлектрической эффективности
всех фаз sb2Te3 к ві2те3 и зависимости ее от давления для
исходных фаз.
Практическая ценность работы.
Исследованные вещества широко применяются на практике как основа термоэлектрических материалов. В последние десятилетия различным! способами идет попытка повысить их термоэлектрическую эффективность, . а влияние .давления здесь остается "белым пятном". В связи с этим, изучение под давлением электронной структуры этих веществ И ІД
стабильности в широком диапазоне температур и давлений имеет огромное значение. На примере этих двух веществ шказано в настоящей работе, что в узкощелевкх полупроводниках термоэлектрическая эффективность может достигать значений намного больших, чем имеют в настоящез время применяемые в технике термоэлектрические материалы. Исследования, проведенные в данной работе, могут послужить стимулом для поиска высокоэффективных термоэлектричерких материалов, не только под воздействием давления, но и другими способами.
Аппробэния работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всесоюзных семинарах экспериментаторов (Москва, ГЕОХИ им.Вернадского В.К., 1982, 1985. 1993, 1994 гг.), на всесоюзных конференциях по термоэлектричеству (Черновцы, 1986 г., 1990 г.), на международной конференции "Настоящее и будущее физики высоких давления", (Московская область,г.Троицк, 1995 г.), а также на внутренних конференциях ИФВД АН СССР шЛЖВерсщагиня *Тооиіпс. 1991 г. 1933 г.. 1986 г.)
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано о печатных работ и получены 2 авторских свидетельства на изобретение, перечисленные в конце автореферата.
Объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка цитированной литературы. Работа излокена на 132 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков. I таблицу. Библиография - 116 наименований.
На защиту выносятся следувдке результаты и положения.
I. Разработана методика электрических измзрзний при гидростатических давлениях до 9 ГЛа и высоких температурах с использованием состзвной ячейки с герметичной прокладкой и теплоизоляцией между двумя независимыми зонами,
заполненными разными жидкостями.
2. Усовершенствована иетодика тензометрических измерений
сжимаемости, что позволило производить одновременные
измерения вдоль различных кристаллографических направлении
доя анизотропных слоистых монокристаллов при давлениях до
9 ГЛа.
3. Получены зависимости электросопротивления и термоэдс для
теллуридов висмута и сурьмы под гидростатическим давлением
до 9 Ша в диапазоне температур от 20С до 40ОС, а также
сжимаемость монокристалла st>2Te3 вдоль различных
кристаллографических направлений при комнатной температуре
в том т диапазоне давлений.
4. Построены Р-Т диаграммы прямых и обратных фазовых
переходов теллуридов висмута и сурьмы. Установлена
общность полиморфных превращений под давлением для sb2Te}
и ві2те3
-
Обнаружены две новые фазы в теллуриде сурьмы. По-видимому, образование этих промежуточнгг. фаз становится возможным вследствие кинетических особенностей перехода в стабильную фазу высокого давления, позволяющих при температурах ниже 200С достаточно далеко зайти за линии равновесия стабильных фаз.
-
Показано, что все фазы высокого давления обоих соединений обладают металлическими свойствами.
7. Дана оценка термоэлектрической эффективности фаз
исследуемых соединений, образующихся под давлением до S
ГПа в диапазоне температур от 20С до 400С.
Термоэлектрическая эффективность исходных фаз st>2T*3 s
ві2те3 под влиянием высокого давления значительно
возрастает, что может быть полезно для поиск:
высокоэффективных материалов.
