Заміщувальна вбудова Tb, p-n перехід провідності, та вплив гамма-опромінення на термоелектричні властивості твердих розчинів TbₓSn₁₋ₓSe
Анотація
Фізико-хімічні та термоелектричні властивості твердих розчинів TbₓSn₁₋ₓSe (0 ≤ x ≤ 0,05) були систематично досліджені з акцентом на перехід типу носіїв, зумовлений складом, а також на ефекти γ-опромінення. Диференціальний термічний аналіз виявляє монотонне зниження температури плавлення та ентальпії зі збільшенням вмісту Tb, що вказує на спотворення кристалічної решітки та зниження термічної стабільності через заміщення Tb³⁺ на позиціях Sn²⁺. Рентгенівська дифракція підтверджує однофазну орторомбічну (Pnma) структуру без вторинних фаз, тоді як EDX-аналіз підтверджує успішне включення Tb. Індукований складом p-n перехід відбувається у вузькому діапазоні концентрацій, що супроводжується значною зміною коефіцієнта Зеєбека. γ-опромінення (до 4-6,5 Мрад) суттєво впливає на коефіцієнт Зеєбека в області низьких температур (80-300 K) з нелінійною залежністю від дози, яку можна апроксимувати квадратичною функцією. За підвищених температур (T ≥ 500 K) термоелектрична реакція демонструє значну радіаційну стабільність. Отримані результати чітко вказують на те, що легування Tb сприяє керованій модуляції властивостей транспорту носіїв заряду, зберігаючи при цьому структурну цілісність і термічну стабільність матеріалу за підвищених температур. Ці результати підкреслюють великий потенціал систем, легованих Tb, для передових термоелектричних застосувань, особливо в умовах експлуатації, що піддаються радіаційному впливу.
Завантаження
Посилання
J. Kim, O. Song, Y.S. Cho, M. Jung, D. Rhee, and J. Kang, “Revisiting Solution-Based Processing of van der Waals Layered Materials for Electronics,” ACS Materials Au, 2(4), 382–393 (2022). https://doi.org/10.1021/acsmaterialsau.2c00034
I. Abbasov, M. Musayev, J. Huseynov, E. Gavrishuk, S. Asadullayeva, A. Rajabli, and D. Askerov, “Temperature behavior of X-Ray luminescence spectra of ZnSe,” International Journal of Modern Physics B, 36(02), 2250018 (2022). https://doi.org/10.1142/S0217979222500187
R.S. Stepanov, P.I. Marland, and A.V. Kolobov, “Compositional and Structural Disorder in Two-Dimensional AIIIBVI Materials,” Crystals, 13(8), 1209 (2023). https://doi.org/10.3390/cryst13081209
J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, and S.S. Ismayilov, “Specific features of self-compensation in 〖Er〗_x 〖Sn〗_(1-x) Se solid solutions,” Semiconductors, 47, 323–326 (2013). https://doi.org/10.1134/S106378261303010X
I.I. Abbasov, M.A. Musayev, C.I. Huseynov, Q.Y. Eyyubov, N.N. Hasimova, A.J. Mammadova, A.A. Hadieva, et al., “A study of impurity defect photoluminescence in ZnSe:Cr and ZnSe:Fe in the near infrared at room temperature,” Advanced Physical Research, 5(3), 192-199 (2023).
S.-D. Guo, and Y.-H. Wang, “Thermoelectric properties of orthorhombic group IV–VI monolayers from the first-principles calculations,” J. Appl. Phys. 121, 034302 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4974200
I.I. Abbasov, and J.I. Huseynov, “Charge-transfer processes in 〖(SnS)〗_(1-x) 〖(PrS)〗_x Alloys,” Ukrainian journal of physics, 62(10), 883-888 (2017). http://jnas.nbuv.gov.ua/article/UJRN-0000795750
S. Isber, and X. Gratens, “Crystal growth and magnetic properties of tin selenide-doped europium〖Sn〗_(1-x) 〖Eu〗_x Se,” Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 322, 1113–1116 (2010). https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2009.09.015
B. Wei, J. Zhang, L. Lin, T. Wu, Z. Cheng, Y. Ma, J. Li, and S. Yu, “Enhancing Electrical Transport Performance of Polycrystalline Tin Selenide by Doping Different Elements,” Physica Status Solidi (A) Applications and Materials, 221(9), 2300717 (2024). https://doi.org/10.1002/pssa.202300717
X. Yang, X-Y. Ma, T.-E. Shi, W-Q. Bao, J. Wang, Z.-Y. Wang, Y.-X. Zhang, et al., “High thermoelectric properties in polycrystalline SnSe materials realized by rare earth halide Co-doping,” Ceramics International, 50(11 Part B), 20515-20524 (2024). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.03.173
S. Li, L. Yin, Y. Liu, X. Wang, C. Chen, and Q. Zhang, “Rare earth element Ce enables high thermoelectric performance in n-type SnSe polycrystals,” Journal of Materials Science & Technology, 143, 234-241 (2023). https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.09.054
B.M. Askerov, Electron Transport Phenomena in Semiconductors, (World Scientific, Singapore, New Jersey, London, 1994).
R. Yamada, T. Nomoto, A. Miyake, T. Terakawa, A. Kikkawa, R. Arita, M, Tokunaga, et al., “Nernst Effect of High-Mobility Weyl Electrons in NdAlSi Enhanced by a Fermi Surface Nesting Instability,” Physical Review X,14, 021012 (2024). https://doi.org/10.1103/PhysRevX.14.021012
S. Akhanda, K.A. Schlaak, E.F. Scott, N.A. Taj, S.J. Watzman, and M. Zebarjadi, “Thermomagnetic responses of semimetals,” J. Appl. Phys. 135, 240901 (2024). https://doi.org/10.1063/5.0192824
J.I. Huseynov, and T.A. Jafarov, “The Influence of γ-Irradiation on Thermoemf and Heat Conduction of 〖Ln〗_0.01 〖Sn〗_0.99 Se (Ln – Pr, Tb,Er) Monocrystals,” World Journal of Condensed Matter Physics,4(1), 1-5 (2014). http://dx.doi.org/10.4236/wjcmp.2014.41001
I.I. Aliev, J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, Sh.S. Ismailov, and E.M. Gojaev, “Phase relations and properties of alloys in the SnSe-DySe system,” Inorg. Mater. 50, 237–240 (2014). https://doi.org/10.1134/S0020168514030029
Sh.S. Ismailov, J.I. Huseynov, M.A. Musaev, I.I. Abbasov, and V.A. Abdurakhmanova, “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
I.I. Abbasov, Sh.S. Ismailov, J.I. Huseynov, V.A. Abdurakhmanova, “Concentration dependences of electrical conductivity and the Hall effect of the CexSn1−xSe single crystals,” Low Temp. Phys. 45, 1277–1280 (2019). https://doi.org/10.1063/10.0000209
J.I. Huseynov, Kh.A. Hasanov, T.A. Jafarov, and I.I. Abbasov, “Compensating effect of terbium impurity on the conductivity of TbxSn1−xSe solid solutions,” Ukrainian journal of physics, 65(3), 225-230 (2020). http://jnas.nbuv.gov.ua/article/UJRN-0001127989
Sh.S. Ismailov, J.I. Huseynov, M.A. Musaev, I. I. Abbasov, and A. Abdurakhmanova, “Effect of doping level and compensation on thermal conductivity in CexSn1−xSe solid solutions,” Low Temperature Physics, 46, 1114–1120 (2020). https://doi.org/10.1063/10.0002155
T.A. Jafarov, O.M. Gasanov, Kh.A. Adgezalova, H.A. Aslanov, J.I. Huseynov, I.I. Abbasov, and R.Sh. Ragimov, “Modification of the kinetic parameters of SnSe by terbium doping,” East Eur. J. Phys. (4), 407 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-39
J.I. Huseynov, M.I. Murguzov, S.S. Ismayilov, R.F. Mamedova, and E.M. Gojayev, “On the thermopower and thermomagnetic properties of Er x Sn1–x Se solid solutions,” Semiconductors, 51, 153–157 (2017); https://doi.org/10.1134/S1063782617020075
J.I. Huseynov, and T.A. Jafarov, “Effect of γ-ray radiation on electrical properties of heat-treated 〖Tb〗_x 〖Sn〗_(1-x) Se single crystals,” Semiconductors, 46, 430–432 (2012). https://doi.org/10.1134/S1063782612040082
M. Kockert, D. Kojda, R. Mitdank, A. Mogilatenko, Z. Wang, J. Ruhhammer, M. Kroener, et al.,“Nanometrology: Absolute Seebeck coefficient of individual silver nanowires,” Sci. Rep. 9, 20265 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-56602-9
K.A. Hasanov, J.I. Huseynov, V.V. Dadashova, F.F. Aliyev, et al. “Effect of Phonon Drag on the Thermopower in a Parabolic QuantumWell,” Semiconductors, 50, 295–298 (2016). https://doi.org/10.1134/S106378261603009X
S. Foster, and N. Neophytou, “Doping Optimization for the Power Factor of Bipolar Thermoelectric Materials,” J. Electron. Mater. 48, 1889–1895 (2019). https://doi.org/10.1007/s11664-018-06857-1
D.I. Huseynov, M.I. Murguzov, and S.S. Ismailov, “Thermal conductivity of 〖Er〗_x 〖Sn〗_(1-x) Se (x ≤ 0.025) solid solutions,” Inorg. Mater. 44, 467–469 (2008). https://doi.org/10.1134/S0020168508050063
T. Rasmi, R.C. Bose, T.S. Varun, and K.A. Malini, “Impact of gamma irradiation on thermoelectric efficiency of Te-based thin films,”Radiation Physics and Chemistry, 242, 113601 (2026). https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2026.113601
J.I. Huseynov, M.I. Murquzov, and R.F. Mamedova, “Thermal Conductivity and Termal EMF of Materials for Thermal Energy Converters,” in: TPE-06 3rd Intern. Conf. on Technical and Physical Problems in Power Engineering, (Ankara, 2008).
V. Konye, and M. Oqata, “Thermoelectric transport coefficients of a Dirac electron gas in high magnetic fields,” Phys. Rev. B, 100, 155430 (2019). https://doi.orq/101103/PhysRevB.100.155430
Авторське право (c) 2026 Т.А. Джафаров, А.М. Аллахвердієв, Г.А. Гарашова, Х.А. Адгезалова, О.М. Гасанов, І.М. Мамедов, Дж.І. Гусейнов, І.І. Аббасов, В.І. Гаджиєва
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).
