К.ф.-м.н. Балазюк В.Н., Єрьоменко О.І.^*, к.ф.-м.н. Лотоцький В.Б.

Чернівецький національний університет, Україна

^*Хмельницький національний університет, Україна

Вплив температури на пружні властивості твердого розчину CdZnSb в інтервалі 80-300 К

Тверді розчини CdZnSb (група , ромбічна сингонія) є перспективними матеріалами для термоелектричних пристроїв та приладів електронної техніки. Практичне застосування цих матеріалів потребує всестороннього вивчення поведінки їх властивостей при дії різних зовнішніх чинників.

В роботі за методикою суміщення відбитих ехо-ультразвукових (УЗ) імпульсів на частоті 10 МГц досліджувався вплив пружної деформації і температури на анізотропії пружних властивостей твердого розчину Cd_1-xZnSb (x=12,5 ат. % Zn), монокристали якого були вирощені методом зонної плавки. Кристалографічна орієнтація здійснювалася рентген-дифрактометричним методом з точністю ±5 кутових мінут, а точність стабілізації температури складала ±0,1 К.

За даними вимірів швидкостей поширення УЗ хвиль в інтервалі 80–300 К визначені температурні залежності всіх дев'яти незалежних компонент тензора пружних постійних C_mn(Т). Максимальна відносна похибка визначення діагональних компонент C_mn складала 1%, а недіагональних – 3-5%. Вплив температури на зміну цих характеристик наведений на рис. 1.

В межах точності експерименту залежності на рис. 1 є лінійними функціями температури. Як видно з рис. 1, всі значення C_mn(Т) лінійно зменшуються зі зростанням температури за виключенням C₁₂ і C₁₃, для яких спостерігається їх лінійне зростання. Така аномальна поведінка C₁₂(Т) і C₁₃(Т), для яких логарифмічні похідні і , не суперечить теорії температурної залежності пружних постійних і свідчить про те, що при певних градієнтах температур кристалічна гратка досліджуваного твердого розчину може виявитись не стійкою до пружних деформацій. Це означає, що при зниженні температури в твердому розчині буде спостерігатися зменшення частоти коливань деяких акустичних мод, тобто їх розм'якшення в напрямках хвильового вектора ||[110] з поляризацією в напрямку .

Рис.1 Температурна залежність пружних постійних C_mn
твердого розчину Cd_1-xZnSb (x=12,5 ат. % Zn)

Лінійність в залежностях C_mn(Т) дають можливість провести кількісні розрахунки логарифмічних похідних для всіх дев'яти незалежних компонент тензора пружних постійних. Результати розрахунків зведено в таблицю 1 як для досліджуваного твердого розчину, так і для вихідної матриці CdSb за даними роботи [1], а також для антимоніду цинку, результати досліджень якого частково опубліковані в [2].

Таблиця 1.

´ ´10^-3 град^-1	С11	С22	С33	С44	С55	С66	С12	С13	С23
х=0, CdSb	–0,343	–0,553	–0,256	–0,422	–0,397	–0,707	0,189	0,864	–0,246
x=12,5 ат.% Zn	–0,336	–0,515	–0,242	–0,412	–0,458	–0,627	0,166	0,751	–0,238
x=100%, ZnSb	–0,284	–0,409	–0,170	–0,333	–0,633	–0,396	0,127	0,261	–0,195

Дані з таблиці 1 вказують на те, що зміна температури найбільш суттєво впливає на пружні постійні С₂₂, С₄₄, С₆₆, С₁₃, яким відповідають порівняно великі значення їх похідних. Це означає, що градієнти температур значно впливають на зменшення міжатомних сил взаємодії при деформаціях розтягу (стиску) в напрямку [010], деформаціях зсуву в напрямках [100] і [001] та поперечної протидії в напрямку [010]. Також видно, що збільшення вмісту Zn в твердому розчині призводить до зменшення величин для всіх значень C_mn за виключенням С₅₅, а величина , для якої спостерігається аномалія, змінює знак на протилежний для ZnSb.

Отже, в процесі легування CdSb цинком проходить перерозподіл електронної густини між структурними елементами так, що кристалічна гратка твердого розчину стає більш пружно стійкою.

Література:

1. Балазюк В.Н, Михальченко В.П., Раренко И.М., Шарлай Б.М. // ФТТ. – 1976. – т.18. – С.2843.

2. Балазюк В.Н., Єрьоменко О.І., Лотоцький В.Б., Маник О.М., Раранський М.Д. // Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Структурна релаксація у твердих тілах". – Вінниця, Україна, 23-25 травня 2006. – С.215-217.