Диссертация (1097990), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

Фурье-спектр осцилляций Шубникова Де Гааза интеркалированных соединений с серной кислотой пятой и четвертой ступеней и модель свернутой зоны Бриллюэна.Таким образом, можно констатировать, что данная модель позволяетинтерпретировать сложный частотный спектр осцилляций ШдГ ряда ИСГ.Показано, что у ИСГ высоких ступеней (N≥3) наблюдаются частотыосцилляций ШДГ от дырочной поверхности Ферми исходного графита, чтосвязано с экранировкой кулоновских потенциалов заряженных комплексовинтеркалята в слоевом пакете ИСГ избыточными делокализованными носи-- 169 телями заряда, появившимися в результате интеркалирования (Рис.

94,Рис. 95).Рисунок 95. Зависимость осциллирующей части поперечного магнетосопротивления от индукции магнитного поля при температуре 4,2К для образцов графита (1); интеркалированных соединений графита монохлоридайода различных ступеней: (2) -второй; (3) -третьей; (4)- четвертой.3.1.4. Исследование осцилляций Шубникова де Гааза у интеркалированныхсоединений графита акцепторного типа под действием давления.Более пятидесяти лет назад Пол и Варшауэр [207] ввели термин «спектроскопия давлением», которым подчеркивали важность воздействия давления как мощного и универсального инструмента для изучения электронных- 170 свойств твердых тел. Спектроскопия давлением дает возможность расшифровать зонную структуру твердых тел, получить информацию о фазовых переходах, установить области устойчивости фаз, получать новые метастабильные фазы, направленно влиять на физические и физико-химическиесвойства различных материалов.

Все выше сказанное в полной мере относится и к интеркалированным соединениям графита. Применение высоких давлений при исследовании ИСГ донорного позволило обнаружить целый рядструктурных фазовых переходов (третья ступень→ четвертая ступень, первая→ полуторная→ вторая) [ 143-147]и получить новый класс метастабильных ИСГ донорного типа (С4К, С6К, C2Li, C4Rb, C4Cs) со сверхплотной упаковкой атомов щелочного металла в межслоевом пространстве графита [55].Эти соединения до последнего времени обладали самыми высокими температурами переходов в сверхпроводящее состояние [56].

Исследования влияния давления на структуру интеркалированных соединений графита акцепторного типа представляет большой интерес, поскольку высокая электропроводность ИСГ связана с особенностями энергетического спектра носителейзаряда, а действие давления позволяет установить как меняется энергетической спектр ИСГ и является ли равновесная (при атмосферном давлении)структура этих соединений оптимальной с точки зрения электропроводности.В работе исследованы квантовые осцилляции поперечного магнетосопротивленяя (эффект Шубникова - де Гааза), электросопротивление у интеркалированных соединенийграфита акцепторного типа вторых ступенейC16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 при гелиевых температурах в магнитных полях B6,5 Тл при давлениях до 12 кбар.Гидростатическое давление создавалось в камере с керосин-маслянойсредой при комнатной температуре.

Охлаждение камеры до гелиевых температур проводилось с одновременным подогревом образца, что позволяет сохранять высокую степень гидростатичности давления при замерзании жидкой среды, передающей давление. Специфика низкотемпературных исследований в подобных камерах заключается в том, что из-за различия термиче-- 171 ских коэффициентов расширения материала корпуса мультипликатора и среды, передающей давление, величина давления при охлаждении до температур жидкого гелия (4,2 К) падает ~ на 3 кбар. Величина давления в камерепри гелиевых температурах определялась по изменению температуры перехода в сверхпроводящее состояние оловянного датчика, расположенного внепосредственной близости от образца. Если изменения структуры образца,вызванные давлением, происходят при комнатной температуре и при охлаждении "замораживаются", то необходимо учитывать поправку на разницудавлений при комнатной и гелиевой температуре.При атмосферном давлении осцилляции поперечного магнетосопротивления у интеркалированныхсоединений графита C16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 являются монохроматическими (Рисунок 83 и Рисунок 85).

Параметры энергетического спектра исследованных соединений приведены в Таблице 16.Таблица 16Параметры энергетического спектра у интеркалированныхсоединенийграфита вторых ступеней C16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 при атмосферном давлении.ФормулаNm*/m0S2 экстр.10-52кг2м2с-2ИСГ0FР(эВ)(эВ)1026 м-3C16,5ICl1,12287±30,132±0,0072,5-0,362,6С9,8CuCl22180±20,091±0,0052,7-0,251,3Положение уровня Ферми у соединений внедрения в графит акцепторного типа второй ступени определяется следующим выражением:2 1/ 2  212 2 PF  F     1    1  9b0  0 2  2h  (101),где 0 и 1 - резонансные интегралы перекрытия волновых функцийближайших атомов углерода в слое (0) и в соседних слоях (1); PF - граничный импульс Ферми:PF  S 2 экстр. / 12(102),- 172 b0=1,42Å - параметр кристаллической решетки графита в базиснойплоскости.

Значение параметра 1 определено для ИСГ акцепторного типавторой ступени из данных по оптическому отражению в работе [171] и составляет 0,377 эВ, то есть такое же, как и у графита (Таблица 5).При давлении P  1 кбар при гелиевой температуре (P  4 кбар прикомнатной температуре) у образца C16,5ICl1,1 было обнаружено качественноеизменение осцилляций ШдГ (рис.93): появление новой частоты осцилляцийШубникова - де Гааза, соответствующей экстремальному сечению поверхности Ферми, близкому по величине к S13 экст р. у соединения C24,8ICl1,1 (Рис. 95).При атмосферном давлении у C24,8ICl1,1 (ИСГ монохлорида вода третьей ступени) наблюдаются две четко различимые частоты осцилляций ЩД (Рис. 95),которым соответствуют экстремальные сечения поверхности Ферми:S 13 экстр. = (25,4 ± 0,6)10-52кг2м2с-2 и S 23 экстр.= (530±2)10-52кг2м2с-2. Так какэкстремальное сечение поверхность Ферми внешнего коаксиального цилиндра S 23 экстр.

имеѐт большую площадь (~ в 2 раза больше, чем S 2 экстр и ~ в 20 разбольше S 13 экстр), то для наблюдения осцилляций, соответствующих этому сечению, требуются очень совершенные образцы. Поэтому появление частотыосцилляции ЩдГ от S 23 экстр при повышении давления может и не наблюдаться, вследствие невыполнения условия >1.С ростом давления амплитуда осилляций Шубникова - де Гааза, соответствующих сечению поверхности Ферми ИСГ монохлорида йода третьейступени ( S 23 экстр), увеличивается, а амплитуда квантовых осцилляций, сооветствующих ИСГ монохлорида йода N=2 ( S 2 экстр) уменьшается (Рисунок 96).При этом площадь экстремального сечения ПФ S 13 экстр возрастает приувеличении давления со скоростью ln S 31экстрP=0,027 кбар-1 (Рисунок 97).- 173 -Рисунок 96. Зависимость осциллирующей части поперечного магнетосопротивления от индукции магнитного поля у интеркалированного соединения графита второй ступени С16,5ICl1,1 при различных давлениях.Рисунок 97.

Зависимость относительного изменения экстремальных сечений поверхности Ферми у ИСГ второй ступени С16,5ICl1,1 под давлением.- 174 Возрастание S 13 экстр при увеличении давления приводит к росту концентрации носителей заряда в областях третьей ступени. Увеличение концентрации дырок является одной из причин, обуславливающих уменьшениеудельного электросопротивления ИСГ монохлорида йода под действием давления, несмотря па уменьшение S 2 экстр Изменение величины S 2 экстр под давлением носит полностью обратимый характер.

Однако, даже при снятии давления, осцилляции, соответствующие S 13 экстр, полностью не исчезают, но ихамплитуда существенно уменьшается. Это указывает на частично необратимый характер изменений в структуре ИСГ монохлорида йода второй ступени,происходящих под действием давления.У интеркалированного соединения графита C9,8CuCl2 при давлениях до12 кбар никакого качественного изменения осцилляционной картины обнаружено не было (Рисунок 98), т.е. структурный фазовый переход ненаблюдается, что совпадает с результатами работы [208], в которой методомэлектропроводности исследовалось ИСГ хлорида меди второй ступени.При воздействии давления у интеркалированных соединений графитаC16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 наблюдается уменьшение площадей экстремальных сечений поверхности Ферми S2экстр (Рисунок 97 и Рисунок 99) с одинаковымидля обоих веществ скоростями: ln S 2 экстрP=-0,017 кбар-1Дифференцируя выражение (101), получаем уравнение, определяющееизменение уровня Ферми под действием давления:S 2 экстр 9 1 1  2  02 b02 F1   1PP   22 22 1/ 2 P2  P ( 1  9b0  0 S 2 экстр /  ) (103).- 175 -Рисунок 98.

Зависимость осциллирующей части поперечного магнетосопротивления от индукции магнитного поля у интеркалированного соединения графита второй ступени С9,8CuCl2 при различных давлениях.Рисунок 99. Зависимость относительного изменения экстремальных сечений поверхности Ферми у интеркалированного соединения графита второйступени С9,8CuCl2 при различных давлениях.- 176 Так как величина параметра 1 у интеркалированных соединений графит акцепторного типа второй ступени такая же как и у графита, то значениепроизводной 1у ИСГ не должно существенно отличаться от соответстPвующей производной для графита, у которого 1= 0,083 эВкбар –1 [209]PПодставляя в (105) экспериментально полученные значенияи ln S 2 экстрP 1=0,083 эВкбар–1, находим скорость изменения энергии Ферми F подPдействием давления ln  F Fидля интеркалированных соединений граPPфита C16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 (Таблица 17).Таблица 17.Значения изменения энергии Ферми у интеркалированных соединенийграфита вторых ступеней C16,5ICl1,1 и C9,8CuCl2 под давлением.Формула ИСГ FP ln  FPC16,5ICl1,10,0065 эВкбар-1-0,18 кбар-1C9,8CuCl20,0053 эВкбар-1-0,21 кбар-1Полученные в настоящей работе экспериментальные данные позволяют сделать вывод об образовании в образцах ИСГ монохлорида йода второйступени (C16,5ICl1,1) под действием гидростатического давления областейтретьей ступени, то есть у соединения C16,5ICl1,1 происходит структурный фазовый переход (вторая ступень-третья ступень).

Характеристики

Список файлов диссертации