Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe

Вплив магнітного поля на термодинамічні і кінетичні параметри формування інтеркалатів MnxGaSe стає актуальним при значенні концентрації впровадженого марганцю, що забезпечує взаємодію між магнітними моментами “гостьового” компоненту і утворення зародку суперпарамагнітної фази. Сполуки інтеркал...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Покладок, Н.Т.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2010
Schriftenreihe:	Физическая инженерия поверхности
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98875
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe / Н.Т. Покладок // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 155–160. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98875
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-988752016-04-19T03:02:16Z Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe Покладок, Н.Т. Вплив магнітного поля на термодинамічні і кінетичні параметри формування інтеркалатів MnxGaSe стає актуальним при значенні концентрації впровадженого марганцю, що забезпечує взаємодію між магнітними моментами “гостьового” компоненту і утворення зародку суперпарамагнітної фази. Сполуки інтеркалювання MnxGaSe можуть знайти широке практичне застосування, як структури високодобротних конденсаторів надвеликої ємності та електретних наногенераторів, параметрами яких можна керувати магнітним полем, накладеним при їх формуванні. Влияние магнитного поля на термодинамические и кинетические параметры формирования интеркалатов MnxGaSe становится актуальным при значении концентрации введенного марганца, который обеспечивает взаимодействие между магнитными моментами “гостевого” компоненту и образование зародышу суперпарамагнитной фазы. Соединения интеркалирования MnxGaSe могут найти широкое практическое применение, как структуры високодобротних конденсаторов сверхбольшой емкости и электретных наногенераторов, параметрами которых можно руководить магнитным полем, наложенным при их формировании. There were determined that magnetic field influences the thermodynamic and kinetic parameters of GaSe intercalation process with Mn at such concentration of inserted Mn which leads to interaction between magnetic moments of guest component and formation of super paramagnetic phase in this work. Obtained in this way MnxGaSe intercalation compounds can be successfully applied as structures of high quality supercapacitors and electret nanogenerators. 2010 Article Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe / Н.Т. Покладок // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 155–160. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98875 541.136.2 uk Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	Вплив магнітного поля на термодинамічні і кінетичні параметри формування інтеркалатів MnxGaSe стає актуальним при значенні концентрації впровадженого марганцю, що забезпечує взаємодію між магнітними моментами “гостьового” компоненту і утворення зародку суперпарамагнітної фази. Сполуки інтеркалювання MnxGaSe можуть знайти широке практичне застосування, як структури високодобротних конденсаторів надвеликої ємності та електретних наногенераторів, параметрами яких можна керувати магнітним полем, накладеним при їх формуванні.
format	Article
author	Покладок, Н.Т.
spellingShingle	Покладок, Н.Т. Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe Физическая инженерия поверхности
author_facet	Покладок, Н.Т.
author_sort	Покладок, Н.Т.
title	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe
title_short	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe
title_full	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe
title_fullStr	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe
title_full_unstemmed	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe
title_sort	вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів mnxgase
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98875
citation_txt	Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe / Н.Т. Покладок // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 155–160. — Бібліогр.: 15 назв. — укр.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT pokladoknt vplivmagnítnogopolânatermodinamíčnítakínetičníparametriformuvannâífízičnívlastivostíínterkalatívmnxgase
first_indexed	2025-07-07T07:11:33Z
last_indexed	2025-07-07T07:11:33Z
_version_	1836971242685464576
fulltext	155 ВСТУП Інтеркаляція напівпровідникових матеріалів- “господарів” 3d-елементами викликає підви- щений інтерес, зумовлений бурхливим роз- витком наномагнетизму взагалі і спінтроніки, зокрема [1, 2]. Більше того, фактична зацікав- леність наноструктурами з почерговими на- півпровідниковими та магнітоактивними на- нопрошарками значно ширша – наприклад, це і спінові конденсатори [3] і магнетоелект- рети [4]. Аналізуючи отримані результати, можна констатувати певний прогрес в техно- логії отримання таких структур [5 – 7] та з’ясуванні деяких їхніх фізичних власти- востей. Однак, за нашими даними сьогодні відсутні відомості про систематичне дослід- ження фазово – термодинамічних та кінетич- них параметрів утворення структур та сполук з властивим для них гігантським магніторе- зистивним ефектом, тим більше про дослід- ження впливу магнітного поля на процес їх формування. Останнє дасть змогу не тільки цілеспрямованої модифікації магнітоактив- них матеріалів, але, надіємося, і допоможе ви- явити нові унікальні ефекти не притаманні відомим структурам. Саме таким питанням і присвячена дана робота. УДК 541.136.2 ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОДИНАМІЧНІ ТА КІНЕТИЧНІ ПАРАМЕТРИ ФОРМУВАННЯ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ІНТЕРКАЛАТІВ MnxGaSe Н.Т. Покладок Національний університет “Львівська політехніка” Україна Надійшла до редакції 23.03.2010 Вплив магнітного поля на термодинамічні і кінетичні параметри формування інтеркалатів MnxGaSe стає актуальним при значенні концентрації впровадженого марганцю, що забезпечує взаємодію між магнітними моментами “гостьового” компоненту і утворення зародку супер- парамагнітної фази. Сполуки інтеркалювання MnxGaSe можуть знайти широке практичне застосування, як струк- тури високодобротних конденсаторів надвеликої ємності та електретних наногенераторів, пара- метрами яких можна керувати магнітним полем, накладеним при їх формуванні. Ключові слова: електретна поляризація, імпедансний відгук, суперпарамагнітна фаза, електретні наногенератори Влияние магнитного поля на термодинамические и кинетические параметры формирования интеркалатов MnxGaSe становится актуальным при значении концентрации введенного мар- ганца, который обеспечивает взаимодействие между магнитными моментами “гостевого” компоненту и образование зародышу суперпарамагнитной фазы. Соединения интеркалирования MnxGaSe могут найти широкое практическое применение, как структуры високодобротних конденсаторов сверхбольшой емкости и электретных наногенер- аторов, параметрами которых можно руководить магнитным полем, наложенным при их фор- мировании. Ключевые слова: электретная поляризация, импедансный отклик, суперпарамагнитная фаза, электретные наногенераторы. There were determined that magnetic field influences the thermodynamic and kinetic parameters of GaSe intercalation process with Mn at such concentration of inserted Mn which leads to interaction between magnetic moments of guest component and formation of super paramagnetic phase in this work. Obtained in this way MnxGaSe intercalation compounds can be successfully applied as structures of high quality supercapacitors and electret nanogenerators. Keywords: electret polarization, impedance response, super paramagnetic phase, electret nanogenerators.  Н.Т. Покладок, 2010 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2156 МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ В експериментах базовим об’єктом (матеріа- лом-“господарем”) виступав селенід галію (GaSe). Вирощені методом Бріджмена-Сток- баргера монокристали володіли яскраво вира- женою шаруватою структурою і р-типом про- відності. Ширина забороненої зони (за оптич- ними даними) складала 2,02 еВ. Неконтро- льовані дефекти, що забезпечують провід- ність в інтервалі температур (77 ÷ 300 К), були магніто-індиферентними: накладання постій- ного магнітного поля напруженістю 2,75 кOe як вздовж, так і поперек кристалографічної осі С не викликало суттєвих змін у величинах ані питомого опору, ані уявної частини ком- плексного імпедансу у всьому вимірюваному частотному діапазоні (10–2 – 106 Гц), яке здій- снювалося за допомогою вимірювального комплексу “AUTOLAB” (ЭEСO CHEMIEЭ, Голландія), укомплектованого комп’ютерни- ми програмами FRA-2 та GPES. Як добре відомо [8], селенід галію харак- теризується наявністю так званих “гостьо- вих” позицій, орієнтованих перпендикулярно до кристалографічної осі С областей дії сла- бих ван-дер-ваальсових сил. Впровадження в означені внутрікристалічні проміжки чужо- рідних іонів, атомів чи молекул відоме як явище інтеркаляції [9]. Саме інтеркаляційним способом були сформовані досліджувані структури, в яких “гостьовим” компонентом виступав Mn. Його впровадження досягалося електрохімічним методом [10], який одно- часно дозволяв контролювати термодинаміч- ні параметри процесу за методом ЕРС [11] та кінетичні характеристики за допомогою ім- педансної спектроскопії. Певні обмеження на параметри режимів електрохімічного способу інтеркалювання d-елементами, зумовлені їх невисоким потенціалом виділення (що зву- жує область регулювання потенціалами про- цесу, при яких неможлива металізація по- верхні, чи входження гідратованих комп- лексів), були враховані шляхом проведення процесу у гальваностатичному режимі дуже низькими густинами струму, які не переви- щували значення ∼ 70 нA/мм2. Процес інтер- каляції проводили як у відсутності магнітного поля, так і при накладанні його вздовж крис- талографічної осі С. Всі електрохімічні дос- лідження проводилися в трьохелектродній комірці з насиченим водним розчином СоSO4. Електродом порівняння служив хлор-срібний електрод, відділений від робочого електро- літу агар-агаровим містком. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Інтеркаляція селеніду галію двохзарядними катіонами марганцю характеризується ціка- вими термодинамічними результатами. Дій- сно, як бачимо з рис. 1 у двохфазній області, яка в цьому разі покриває концентраційний інтервал “гостьового” навантаження 0,012 ≤ x ≤ 0,048, зсув рівноважного електродного по- тенціалу спричиненого накладанням при ін- теркаляції магнітного поля не виявляється. Цей результат добре корелює з фактом прак- тичної незмінності провідності, зумовленої зонними носіями у структурах, сформованих при накладанні магнітного поля, хоч частот- нозалежна провідність є різною. Однак, в однофазних областях (ІІІ) він стає досить помітним, демонструючи зміщення у від’ємну відносно хлор-срібного електрода порівняння область. При цьому “програш” у зміні вільної енергії Гіббса сягає “колосаль- ного” значення, більшого від 800 меВ. Цікавими в даному разі є кінетичні законо- мірності формування фаз з областей І, ІІ, ІІІ. Відповідні діаграми Найквіста наведені на рис. 2. Насамперед слід відзначити, що у І фазовій області магнітне поле призводить до суттєвого росту ESR, а у двохфазній – до його Рис. 1. Зміна рівноважного потенціалу відносно хлор- срібного електрода порівняння реакції інтеркаляції марганцю в MnxGaSe у нормальних умовах (1) та в магнітному полі (2). ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОДИНАМІЧНІ ТА КІНЕТИЧНІ ПАРАМЕТРИ ФОРМУВАННЯ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ... 157 різкого падіння і сильного зменшення як дій- сної, так і уявної частини комплексного імпе- дансу порівняно з процесом впровадження без магнітного поля. І тільки в третій (най- ширшій) області однофазних станів яскраво візуалізується кореляція між високим значен- ням спіна впроваджуваного катіона (Mn++ – 5/2) та кінетичними параметрами формуван- ня магнітокерованих фаз. Вище з’ясовані особливості фазового ста- ну отримуваних інтеркалатних структур кон- фігурації „напівпрповідник-3d-метал” тісно пов’язані з їх кінетичними і поляризаційними властивостями. За виключенням найнизькочастотнішої області, поведінка ρ⊥ (ω) для Mn0,14GaSe (рис. 3), характеризується немонотонністю поляризаційної складової повного опору. Діаграма Найквіста для структури Mn0,14GaSe зображена на рис. 4. Із рис. 4 бачимо відсутність індуктивного відгуку структури, з чого видавалося би мож- на зробити припущення про визначальну “відповідальність” за нього поляризаційної складової опору. При впровадженні катіонів Mn++ частотна дисперсія тангенса кута втрат суттєво зростає (рис. 5). І(а) ІІ(б) ІІІ(в) Рис. 2. Типові діаграми Найквіста для фазових станів сполук MnxGaSe І(a), ІІ(б), ІІІ(в), отриманих без накладання магнітного поля (1) та за його присутності. Рис. 3. Частотна залежність опору вздовж осі С вихід- ного селеніду галію (1) і Mn0,14GaSe, отриманого в нор- мальних умовах (2) та в магнітному полі (3), виміряні при кімнатній температурі. Рис. 4. Діаграми Найквіста для вихідного селеніду га- лію (1) і Mn0,14GaSe, отриманого в нормальних умовах (2) та в магнітному полі (3), виміряні при кімнатній температурі. Рис. 5. Частотні залежності тангенса кута втрат, виміряного при 300 К перпендикулярно до шарів Mn0,14GaSe, синтезованого в нормальних умовах (1) та в магнітному полі (2). ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 Н.Т. ПОКЛАДОК ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2158 Із рис. 5 видно, що окрім максимуму в око- лі частоти 1065 Гц, появляються додаткові низькочастотні максимуми, що разом з темпе- ратурною залежністю tgδ (рис. 6) і підтверд- жує особливість поляризаційних механізмів провідності в даному випадку. Частотна і температурна поведінки ді- електричної проникності Mn0,14GaSe (рис. 7, 8). характеризується яскраво вираженим максимумом (ТМ ∼ 250 К) у другому випадку для структури, отриманої у магнітному полі (рис. 8), тоді як в першому (ТМ ∼ 150 К) – для структури сформованої за нормальних умов. Магнетоінтеркаляційне електретування за електрохімічним способом має певні особли- вості: залежність величини і температурної залежності напруги термодеполяризації від виду 3d-гостьового компонента (рис. 9). Оскільки процес формування досліджува- них наноструктур адекватний формуванню магнетоелектретів [12], для яких у відповід- ності до [13] магнетоелектретний стан зумов- лений орієнтацією молекул та виникненням просторового заряду внаслідок захопленням носіїв по різні боки пасток, то максимум стру- му для диполярної переорієнтації досягати- меться при нижчій температурі, ніж той, що досягається внаслідок руху надлишкових за- рядів. Бачимо, що в електрохімічних інтер- калатах Mn0,09GaSe суттєвою є не тільки ре- лаксація гомозаряду, але і гетерозаряду. Отримані закономірності пов’язані з ефек- том Зеємана, за рахунок якого можлива як локалізація, так і делокалізація носіїв струму Рис. 6. Температурні залежності тангенса кута втрат, виміряного на частоті 1065 Гц перпендикулярно до шарів структури Mn0,14GaSe, отриманої за нормальних умов (1) та у магнітному полі (2). Риc. 7. Частотні залежності діелектричної проникнос- ті, виміряної при 300 К перпендикулярно до шарів ви- хідного селеніду галію (1) і Mn0,14GaSe, синтезованого в нормальних умовах (2) та в магнітному полі (3). На вставці – залежність діелектричної проникності від частоти у високочастотній області. Рис. 8. Температурні залежності тангенса кута втрат, виміряного на частоті 23,3 кГц перпендикулярно до шарів структури Mn0,14GaSe, отриманої за нормальних умов (1) та у магнітному полі (2). Рис. 9. Температурна залежність ЕРС для Mn0,09GaSe, отриманого без магнітного поля (1) та при його наяв- ності(2). ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОДИНАМІЧНІ ТА КІНЕТИЧНІ ПАРАМЕТРИ ФОРМУВАННЯ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ... 159 і відповідна зміна енергетичної топології домішкових станів поблизу рівня Фермі. Запропонований технологічний підхід від- криває унікальні можливості синтезу нано- магнетоелектретів і формування на атомно- молекулярному рівні електретно – функціо- нальних блоків з висхідним інтегрованим “виходом” на макрокристал. Порівнюючи от- римані параметри магнетогальванічного ефекту на синтезованих наноструктурах з ві- домими підходами, констатуємо перевищен- ня майже у 8 разів значення ЕРС непе- рервного режиму, порівняно зі знайденим в SmS [14 – 16]. ВИСНОВКИ 1. Вплив магнітного поля на термодинамічні і кінетичні параметри формування інтер- калатів MnxGaSe стає актуальним при зна- ченні концентрації впровадженого мар- ганцю, що забезпечує взаємодію між маг- нітними моментами “гостьового” компо- ненту і утворення зародку суперпарамаг- нітної фази. 2. Переважання вкладу від зеєманівській де- локалізації носіїв струму над спіновим впорядкуванням зумовлює менше значен- ня зміни енергії Гіббса процесу формуван- ня інтеркалатів MnxGaSe у магнітному по- лі порівняно з формуванням за нормаль- них умов. 3. Сполуки інтеркалювання MnxGaSe мо- жуть знайти широке практичне застосу- вання, як структури високодобротних кон- денсаторів надвеликої ємності та елект- ретних наногенераторів, параметрами яких можна керувати магнітним полем, накладеним при їх формуванні. ЛІТЕРАТУРА 1. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. – М.: Тех- носфера, 2004. – 328 с. 2. Захарченя Б.П., Коренев В.Л. Интегрируя магнетизм в полупроводниковую электрони- ку//Успехи физ. наук. – 2005. – Т. 175, № 6. – С. 629-635. 3. Supriyo Dutta. Proposal for a “spin capacitor”// Applied physics letters. – 2005. – Vol. 87. – P. 013115/1-013115/3 4. Электреты/Под ред. Сесслера. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 487 с. 5. Демин Р.В., Королева М.И., Муминов А.З., Муковский Я.М. Гигантская объемная магни- тострикция и колоссальное магнитосопро- тивление при комнатных температурах в La0,7Ba0,3MnO3//ФTT. – 2006. – Т. 48, Вып. 2. – С. 305-307. 6. Звездин К.А. Особенности процесса перемаг- ничивания трехслойных магнитных нано- структур//Физ. тверд. тела. – 2000. – Т. 42, № 1. – С. 7. Покладок Н.Т., Григорчак И.И., Лукия- нец Б.А., Попович Д.И. Структура и физиче- ские свойства селенида галлия, лазерно ин- теркалированного никелем//ФTT. – 2007. – Т. 49, № 4. – С. 681-684. 8. Kuhn A., Chevy A., Chevalier R. Crystal struc- ture and interatomic distance in GaSe//Phys. Status Sol. – 1975. – Vol. A31. – P. 469-475. 9. McKinnon W.R., Haering R.R. Physical mecha- nisms of intercalation//Modern Aspects of Eiect- rochemistry. New York. – 1983. – №15. – P. 235-261. 10. Григорчак І.І. Інтеркаляція: здобутки, про- блеми, перспективи//Фізика і хімія твердого тіла. – 2001. – Т.2, № 1. – С. 7-55. 11. Thompson A.G., Electrochemical studies of lithium intercalation in titanium and tantalum dichalcogenides//Phys. B+ C. – 1980. – Vol. 99B, № 1-4. – Р. 100-105. 12. Farkya V.K., Porwal N.L. Photodielectric investigation of some compound semiconductors at low frequencies// Indian Journal of Pure and Applied Physics. – 1984. – Vol. 2, № 12. – Р. 703-707. 13. Rudra Kant Srivastava, Qureshi M.S., Bhat- nagar C.B. Termally Stimulated discharge cur- rents in tubular magnetoelectrets of Polymethyl methacrylate//Japanese journal of applied phy- sics. – 1978. – Vol. 17, № 9. – P. 1537-1542. 14. Каминский В.В., Соловьев С.М. Возникно- вение электродвижущей силы при изменении валентности ионов самария в процессе фазо- вого перехода в монокристаллах SmS//ФТТ. – 2001. Т. 43, № 3. С. 423- 427. 15. Каминский В.В., Голубков А.В., Васильев Л.Н. Дефектные иони самария и эффект генерации електродвижущей силы в SmS//ФТТ. – 2002. – Т. 44, № 8. – С. 1501- 1505. ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 Н.Т. ПОКЛАДОК ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2160 16. Каминский В.В. Дидик В.А., Казанин М.В., Романова М.В., Соловьев С.М Термоволь- таический эффект в поликристаллическом SmS//Письма в ЖТФ. – 2009. – Т. 35, № 35. – С. 16-22. ВПЛИВ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА ТЕРМОДИНАМІЧНІ ТА КІНЕТИЧНІ ПАРАМЕТРИ ФОРМУВАННЯ І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ...

Вплив магнітного поля на термодинамічні та кінетичні параметри формування і фізичні властивості інтеркалатів MnxGaSe

Institution

Ähnliche Einträge