Фізика/2. Фізика твердого тіла

В.Н. Балазюк, М.Д. Раранський, А.І. Скицько*, С.В. Балазюк

Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича, Чернівці

*Буковинська державна фінансово-економічна академія, Чернівці

Температурна  залежність
параметрів  динаміки  гратки 
ZnAs2

Монокристали діарсеніду цинка відносяться до групи напівпровідникових сполук AIIBV, кристалізуються в моноклінній сингонії, просторова група P21/с (C) з періодами гратки α=9,28 Å, b=7,68 Å, с=8,03 Å і β=102°19'  [1]. Ці кристали володіють високою оптичною прозорістю в широкому діапазоні довжин хвиль інфрачервоної області спектру в поєднанні з різкою границею фундаментального поглинання.

Особливістю досліджуваних кристалів є наявність зв’язку між атомами As, поряд з існуванням зв’язків ZnAs. Ці зв’язки між атомами As утворюють між собою зигзагоподібні ланцюги, що може привести до суттєвої анізотропії фізичних властивостей.

Монокристали ZnAs2 вирощені методом направленої кристалізації із розчину методом Бріджмена. Ступінь монокристалічності і структурна досконалість зразків перевірялась традиційними рентгентопографічними методами. Точність визначення положень максимумів інтенсивності складала кутових секунд, а температури – 0,2 К.

У роботі рентгендифрактометричним методом визначались температурні зміщення дифракційних ліній високих порядків (800), (080), (808), (0010) в монокристалах діарсеніду цинка в області температур 83–303 К на установці "Дрон-2" в монохроматичних CuKa, FeKa та CoKa випромінюваннях.

Температурна залежність міжплощинних відстаней d100(Т), d010(Т), d101(Т) d001(Т), необхідних для визначення всіх незалежних компонент тензора термічного розширення akl в інтервалі 83–303 К, наведені в таблиці 1. Максимальна похибка при вимірі dhkl не перевищувала 0,0005 Å.

Таблиця 1. Міжплощинні відстані ZnAs2.

Т

dhkl, Å

d100

d001

d101

d010

83

6,6704

7,677

9,0508

7,8376

103

6,671

7,6774

9,0518

7,8382

123

6,6716

7,6781

9,0526

7,8389

143

6,6724

7,6788

9,0536

7,8399

163

6,673

7,6796

9,0546

7,841

183

6,6738

7,6804

9,0548

7,842

203

6,6746

7,681

9,056

7,843

223

6,6755

7,6819

9,0572

7,844

243

6,6765

7,6828

9,0586

7,845

263

6,6776

7,6837

9,0609

7,8461

283

6,6788

7,6847

9,0623

7,8472

303

6,6802

7,6858

9,0638

7,8486

 

Як слідує з аналізу приведених в таблиці 1 даних, температурні залежності міжплощинних відстаней dhkl(Т) є нелінійними. Розраховані компоненти тензора термічного розширення a11, a22, a33, які приведені до основних осей, ілюструються рис. 1.

Рис 1. Температурні залежності коефіцієнтів термічного розширення ZnAs2.

В супереч очікуваному, досліджувані кристали не володіють чітко вираженою анізотропією теплових коливань атомів в кристалічній гратці. З пониженням температури akl проявляють тенденцію до зменшення і анізотропія теплових коливань атомів в кристалічній гратці ZnAs2.стає більш суттєвою, що приводить до зростання анізотропії жорсткості зв’язку.

Оскільки критерієм жорсткості зв’язку може бути співвідношення f=<m>q, де f – коефіцієнт жорсткості зв’язку, <m> – середня маса, q– характеристична температура Дебая, то має зміст оцінити цей параметр із рентгенівських і акустичних досліджень сумісно.

В роботі [2] показано, що числові значення рентгенівських характеристичних температур qhkl при кімнатній температурі приймають наступні значення q100=238 К, q010=256 К, q001=262 К, q101=222 К. Із аналізу числових значень коефіцієнтів термічного розширення akl і qhkl слідує, що максимальна жорсткість хімічного зразку буде в напрямках [001] і [010].

З іншого боку цікавою є також оцінка характеру хімічного зв’язку виходячи із відхилень від співвідношень Коші qkk [3], які для кристалів моноклінної сингонії мають вигляд: q11=C23C44=7,72 Гпа, q22=C13C55=–2,67 Гпа, q33=C12C66=–8,98 Гпа, q44=C23C46=10,78 Гпа [4].

Згідно [3], враховуючи абсолютні значення компонент тензора qkk, слід чекати чітко вираженого ковалентного зв’язку в досліджуваних монокристалах вздовж напрямку [001] і послаблення його в [100].

Література:

1. Fleet M.E. The crystal structure of ZnAs2 // Acta Cryst.1974.30.P.122-126.

2. Балазюк В.Н., Богачев Г.Ю., Гешко Е.И. и др. О температурной зависимости рентгеновских интерференций монокристаллов диарсенида цинка // ФТТ. –1993. – 35. – С.2845-2847.

3. Haussuhl S. Abweіchungen von den Cauchy-Relatіon // Phіs. Rondens Mater. 1967. 6. P.181-192.

4. Балазюк В.Н., Богачев Г.Ю., Курячий В.Я., Маренкин С.Ф и др. Упругие модули диарсенида цинка // ФТТ. – 1991. – 33. – С.2777-2780.