Monochalkogenki samaru
Monochalkogenki samaru to związki chemiczne o składzie SmX, gdzie Sm oznacza samar pierwiastka lantanowca , a X oznacza dowolny z trzech pierwiastków chalkogenowych , siarkę , selen lub tellur , w wyniku czego powstają związki SmS , SmSe lub SmTe . W tych związkach samar formalnie wykazuje stopień utlenienia +2, natomiast zwykle przyjmuje stan +3, w wyniku czego powstają chalkogenki o wzorze chemicznym Sm 2 X 3 .
Synteza
Monokryształy lub polikryształy monochalkogenków samaru można otrzymać w wyniku reakcji metalu z parami siarki, selenu lub telluru w wysokiej temperaturze. Cienkie folie można otrzymać metodą napylania magnetronowego lub fizycznego osadzania z fazy gazowej wiązką elektronów , czyli bombardowania tarczy metalicznej samaru elektronami w odpowiedniej atmosferze gazowej (np. dwusiarczku wodoru w przypadku SmS).
Nieruchomości
| Formuła |
Stała sieci nm |
Rezystywność Ohm·cm |
Pasmo wzbronione eV |
|---|---|---|---|
| SMS-y | 0,597 | 0,001–0,01 | 0,15 |
| SmSe | 0,620 | ~3000 | 0,45 |
| SmTe | 0,6594 | ~1000 | 0,65 |
Monochalkogenki samaru to czarne, półprzewodnikowe ciała stałe o sześciennej strukturze kryształów soli kamiennej . Zastosowanie umiarkowanego ciśnienia hydrostatycznego powoduje ich przekształcenie w metale. Podczas gdy przejście jest ciągłe i następuje przy ciśnieniu odpowiednio około 45 i 60 kbarów w SmSe i SmTe, w SmS jest ono gwałtowne i wymaga jedynie 6,5 kbara. Podobny efekt obserwuje się w monochalkogenidach innego lantanowca, tulu . Powoduje to spektakularną zmianę koloru z czarnego na złotożółty podczas zarysowania lub mechanicznego polerowania SmS. Przejście nie zmienia struktury kryształu, ale następuje gwałtowny spadek (około 15%) objętości kryształu. A histerezę , czyli po zwolnieniu ciśnienia SmS powraca do stanu półprzewodnikowego przy znacznie niższym ciśnieniu około 0,5 kbar.
Wraz ze wzrostem ciśnienia zmieniają się nie tylko kolor i przewodność elektryczna, ale także inne właściwości monochalkogenków samaru. Ich metaliczne zachowanie wynika z malejącego pasma wzbronionego , które przy ciśnieniu zerowym wynosi odpowiednio 0,15, 0,45 i 0,65 eV w SmS, SmSe i SmTe. Przy ciśnieniu przejściowym (6,5 kbar w SmS) szczelina jest nadal skończona, a niska rezystancja wynika z aktywowanego termicznie wytwarzania nośników w wąskim pasmie wzbronionym. Szczelina zapada się przy około 20 kbarach, gdy SmS staje się prawdziwym metalem. Pod tym ciśnieniem materiał również zmienia się ze paramagnetycznego w magnetyczny.
Przejście półprzewodnik-metal w monochalkogenidkach samaru wymaga zastosowania ciśnienia lub obecności naprężenia wewnętrznego, na przykład w cienkich warstwach, a po uwolnieniu tego naprężenia zachodzą odwrotne zmiany. Takie uwolnienie można wywołać różnymi sposobami, takimi jak podgrzanie do około 200°C lub napromienianie impulsową wiązką lasera o dużej intensywności.
Potencjalne aplikacje
Zmianę oporności elektrycznej w monochalkogenidkach samaru można wykorzystać w czujniku ciśnienia lub w urządzeniu pamięciowym wyzwalanym między stanem niskiej rezystancji a stanem wysokiej rezystancji pod wpływem ciśnienia zewnętrznego, a takie urządzenia są opracowywane na rynku. Monosiarczek samaru wytwarza również napięcie elektryczne po umiarkowanym podgrzaniu do około 150 ° C, które można zastosować w termoelektrycznych przetwornikach mocy .