Склад та радіаційно-індуковані зміни теплопровідності у твердих розчинах Sn₁-ₓTbₓSe
Анотація
У цій роботі досліджували структурні, фізико-хімічні та термотранспортні властивості сплавів Sn1-xTbxSe (0 ≤ x ≤ 0,05) залежно від концентрації тербію та дози γ-опромінення. Рентгенівська дифракція та ДТА-аналіз підтвердили утворення орторомбічних твердих розчинів заміщення згідно із законом Вегарда, з незначним збільшенням параметрів кристалічної решітки та мікротвердості зі збільшенням вмісту Tb. Введення атомів Tb у матрицю SnSe посилює розсіювання фононів-дефектів через флуктуації маси та спотворення кристалічної решітки, що призводить до помітного зниження теплопровідності, особливо при низьких рівнях легування (x ≤ 0,02). Вимірювання теплопровідності, проведені після γ-опромінення (0–6,5 Мрад, джерело ⁶⁰Co), виявили загальну тенденцію до зниження для всіх складів. У нелегованому SnSe відносне зниження досягло ~6%, тоді як у зразках, легованих Tb, чутливість до опромінення значно знизилася. Для доз вище 5 Мрад залежність k(D) добре описується лінійною моделлю з високими коефіцієнтами кореляції. Ці результати демонструють, що включення Tb не тільки пригнічує транспорт фононів, посилюючи термоелектричний потенціал, але й підвищує радіаційну стійкість матеріалів на основі SnSe.
Завантаження
Посилання
H. Koc, S. Simsek, S. Palaz, O. Oltulu, A.M. Mamedov, and E. Ozbay, “Mechanical, electronic, and optical properties of the A4B6 layered ferroelectrics: ab initio calculation,” Phys. Status Solidi C, 12(6), 651–658 (2015). https://doi.org/10.1002/pssc.201400245
L.T. Nguyen, and G. Makov, “Lone-Pair Origins of Polymorphism: Sn Monochalcogenides as a Case Study,” Chemistry of Materials, 36(11), 5487–5499 (2024).https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.4c00409
Y. Xu, H. Zhang, H. Shao, et al., “Electronic, transport and optical properties of monolayer alpha and betaGeSe: A first-principles study,” Phys. Rev. B, 96, 245421 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.24542
L.D. Zhao, S.H. Lo, Y. Zhang, et al. “Ultralow thermal conductivity and high thermoelectric figure of merit in SnSe crystals,” Nature, 508, 373–377 (2014). https://doi.org/10.1038/nature13184
Y. Yu, T. Xiong, Z. Guo, et al. “Wide-spectrumpolarization-sensitiveandfast-responsephotodetectorbasedon 2D group IV-VI semiconductor tin selenide,” Fundamental Research, 2(6), 985-992, (2022). https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.02.008
Z. Liang, R. Hao, H. Luo, Z. He, L. Su, and X. Fan, “Enhancing the photo-response performance of SnSe-based photoelectrochemical photodetector via Ga doping,” Journal of Materials Chemistry C, 12(8), (2024). https://doi.org/10.1039/D3TC03937D
K. Mukai, R. Wanibuchi, and Y. Nunomura, “Improved performance of solar cells using chemically synthesized SnSe nanosheets as light absorption layers,” J. Mater. Sci: Mater. Electron. 35, 680 (2024).https://doi.org/10.1007/s10854-024-12366-1
B. Qin, D. Wang, T. Hong, et al. “High thermoelectric efficiency realized in SnSe crystals via structural modulation,” Nat. Commun. 13(14), 1366 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37114-7
G. Shi, and E. Kioupakis, “Quasiparticle band structures and thermoelectric transport properties of p-type SnSe,” J. Appl. Phys. 117, 065103 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4907805
Sh.S. Ismailov, M.A. Musaev, I.I. Abbasov, et al. “Effect of doping level and compensation on thermal conductivity in CexSn1 xSe solid solutions,” Low Temp. Phys. 46, 1114–1120 (2020). https://doi.org/10.1063/10.0002155
J.I. Huseynov, and T.A. Jafarov, “The Influence of γ-Irradiation on Thermo emf and Heat Conduction of Ln0.01Sn0.99Se (LnPr, Tb, Er) Monocrystals, World Journal of Condensed Matter Physics, 4(1) 5 (2014). https://doi.org/10.4236/wjcmp.2014.41001
J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, and S.S. Ismayilov, “Specific features of self-compensation in ErxSn1-xSe solid solutions,” Semiconductors, 47, 323–326 (2013). https://doi.org/10.1134/S106378261303010X
I.I. Aliev, J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, et al. “Phase relations and properties of alloys in the SnSe-DySe system,” Inorg. Mater. 50, 237–240 (2014).https://doi.org/10.1134/S0020168514030029
I.I. Abbasov, Sh.S. Ismailov, and V.A. Abdurahmanova, “Concentration dependences of electrical conductivity and the Hall effect of the CexSn1-xSe single crystals,” Low Temperature Physics, 45, 1277–1280 (2019). https://doi.org/10.1063/10.0000209
I. Huseynov, M.I. Murquzov, R.F. Mamedova, and Sh.S. Ismailov, “Thermal Conductivity and Thermal EMF of Materials for Thermal Energy Converters,” in: TPE-06 3rd Intern. Conf. on Technical and Physical Problems in Power Engineering, (Ankara, 2008).
J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, Sh.S. Ismailov, R.F. Mamedova, and E.M. Gojayev, “On the thermopower and thermomagnetic properties of ErxSn1-xSe solid solutions,” Semiconductors, 51(2), 153-157 (2017). https://doi.org/10.1134/S1063782617020075
J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, and S.S. Ismayilov, “Specific features of self-compensation in ErxSn1-xSe solid solutions,” Semiconductors,47, 323–326 (2013). https://doi.org/10.1134/S106378261303010X
O.M. Hasanov, C.I. Huseynov, H.A. Aslanov, et al. “Galvanomagnetic Properties of GdxSn1-xSe Solid Solutions,” Journal of Baku Engineering University – Physics, 8(2), 81-90 (2024).https://doi.org/10.30546/09081.2024.102.7068
W.-Y. Lyu, W.D. Liu, M. Li, et al. “The effect of rare earth element doping on thermoelectric properties of GeTe,” Chemical Engineering Journal, 446(Part 1), 137278, (2022). https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137278
Thermal Conductivity: Theory, Properties, and Applications, edited by Terry M. Tritt, (Springer US, New York, 2004). https://doi.org/10.1007/b136496
Q. Zheng, A.B. Mei, M. Tuteja, et al. “Phonon and electron contributions to the thermal conductivity of VNx epitaxial layers Phys. Rev. Materials,1, 065002 (2017). https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.1.065002
V.N. Glazkov, L. Ginzburg, and A. Orlov, “Wiedemann-Franz law demonstration in a student practicum,” Am. J. Phys. 85, 473 477 (2017).https://doi.org/10.1119/1.4982787
D.I. Huseynov, M.I. Murguzov, and S.S. Ismailov, “Thermal conductivity of ErхSn1-хSe (x ≤0.025) solid solutions,” Inorg. Mater. 44, 467–469 (2008).https://doi.org/10.1134/S0020168508050063
R. Gurunathan, R. Hanus, M. Dylla, et al. “Analytical Models of Phonon–Point-Defect Scattering,” Phys. Rev. Applied, 13, 034011 (2020). https://doi.org/10.1103/PhysRevAppleid.13.034011
J. Callaway, “Model for Lattice Thermal Conductivity at Low Temperatures,” Phys. Rev. 113, 1046, (1959). https://doi.org/10.1103/PhysRev.113.1046
T. Feng, B. Qiu, X. Ruan, “Coupling between phonon-phonon and phonon-impurity scattering: A critical revisit of the spectral Matthiessen's rule,” Phys. Rev. B, 92, 235206 (2015). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.235206
B. Abeles, “Lattice Thermal Conductivity of Disordered Semiconductor Alloys at High Temperatures,” Phys. Rev. 131, 1906 (1963). https://doi.org/10.1103/PhysRev.131.1906
Y. Zhao, D. Liu, J. Chen, et al. “Engineering the thermal conductivity along an individual silicon nanowire by selective helium ion irradiation,” Nat. Commun.8, 15919 (2017). https://doi.org/10.1038/ncomms15919
W. Zhao, Y-H. Li, H-Z. Ma, et al. “Dependence of irradiation defects evolution on dose rate and PKA energy spectrum in tungsten,” Nuclear Materials and Energy, 43, 101956 (2025). https://doi.org/10.1016/j.nme.2025.101956
J.I. Huseynov, and T.A. Jafarov, “Effect of γ-ray radiation on electrical properties of heat-treated ErxSn1-xSe single crystals,” Semiconductors, 46, 430–432 (2012). https://doi.org/10.1134/S1063782612040082
Авторське право (c) 2026 Т.А. Джафаров, Г.А. Асланов, А.М. Аллахвердієв, О.М. Гасанов, Дж.І. Гусейнов, Х.А. Адгезалова, Г.А. Гарашова, І.І. Аббасов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
