Концентраційні аномалії гальваномагнітних властивостей твердих розчинів на основі Sb2Te3 в системі (Bi1-хSbх)2Te3

Анотація

На сьогодні тверді розчини на основі телуридів сурми та вісмуту є одними з найбільш широко вживаних матеріалів для р- гілок термоелектричних перетворювачів, які використовують при кімнатній температурі і нижче. В даній роботі представлені результати дослідження гальваномагнітних властивостей (електропровідності σ, коефіцієнта Холла R_H, холлівської рухливості носіїв заряду μ_H) термоелектричних твердих розчинів (Bi_1-хSb_х)₂Te₃ в інтервалі складів поблизу чистого Sb₂Te₃ (х = 1 – 0.96) при температурах Т = 80 К та Т = 300 К.

Дослідження проведено на литих полікристалічних зразках, отриманих методом кристалізації з розплаву з подальшим довгостроковим відпалом у вакуумі при температурі Т = 650 К. Гальваномагнітні властивості вимірювали стандартним dc-методом. Експериментальна комірка охолоджувалась рідким азотом. Похибка при вимірюванні R_H та s не перевищувала ± 5%.

Показано, що введення перших порцій Bi₂Te₃ призводить до різкого зниження σ, що пов’язується із високим ступенем розупорядкування кристалічної решітки. В інтервалі складів х = 0.99 – 0.9825 на концентраційних залежностях σ(х) і μ_H(х) виявлене аномальне зростання σ та μ_H. Наявність таких концентраційних аномалій пов'язується з переходом від розведених до концентрованих твердих розчинів. Висловлено припущення про перколяційну природу зазначеного фазового переходу. В рамках задачі сфер теорії перколяції надана оцінка радіуса деформаційної сфери R₀ для атома домішки (Bi). Отримане значення R₀ узгоджується із короткодіючим потенціалом домішки. Встановлено, що положення аномалій σ(х) і μ_H(х) не змінюється при зниженні температури від 300 К до 80 К.

Таким чином, спостереження концентраційних аномалій властивостей для твердого розчину (Bi_1-xSb_x)₂Te₃ в інтервалі складів поблизу чистого Sb₂Te₃ є ще одним підтвердженням гіпотези про універсальний характер поведінки твердих розчинів за малої концентрації домішки. Виявлені аномалії необхідно враховувати при розробці методів підвищення термоелектричної ефективності матеріалів шляхом створення твердих розчинів або додавання легуючих компонентів.