Концентраційні залежності діелектричних параметрів домішкових кристалів K2SO4
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe67.4.284Ключові слова:
кристал, домiшка, показник заломлення, двопроменезаломлення, елементарна комiрка, зонно-енергетична структура, заборонена зонаАнотація
Дослiджено вплив концентрацiї домiшки мiдi на параметри елементарної комiрки, зонно-енергетичну структуру та рефрактивнi характеритики кристалiв сульфату калiю. Встановлено, що параметри та об’єм елементарної комiрки домiшкових кристалiв майже лiнiйно зростають зi збiльшенням концентрацiї домiшки порiвняно з чистим кристалом, тодi як показники заломлення ni домiшкових кристалiв дещо зменшуються (∼2,5 · 10−3), однак спiввiдношення мiж ними (nz > nx > ny та dnz /dλ > dnx/dλ > dny /dλ ) залишаються незмiнними. Розраховано зонно-енергетичну структуру кристалiв з 1,7% вмiстом мiдi та виявлено, що зi зростанням концентрацiї ширина забороненої зони зменшується. Виявлено п’ять локалiзованих рiвнiв у забороненiй зонi, що вiдповiдають d-електронним станам домiшкових iонiв Cu2+. Встановлено, що вершина валентної зони утворена p-станами кисню, а дно зони провiдностi – 3s- та 4s-станами атомiв сiрки i калiю. Бiля дна зони провiдностi розташованi локалiзованi 4s-стани атома мiдi. Проаналiзовано змiни параметрiв елементарної комiрки, показника заломлення та двопроменезаломлення, ширини забороненої зони, густини кристалiв iз змiною концентрацiї домiшки мiдi у матрицi кристала сульфату калiю, а також отримано вiдповiднi концентрацiйнi залежностi.
Посилання
A.J. Van den Berg, F. Tuinstra. The space group and structure of α-K2SO4. Acta Crystallogr. B 34, 3177 (1978).
https://doi.org/10.1107/S0567740878010432
S. Shiozaki, A. Sawada, Y. Ishibashi, Y. Takagi. Hexagonal-orthorhombic phase transition and ferroelasticity in K2SO4 and K2SeO4. J. Phys. Soc. Jpn. 43, 1314 (1977).
https://doi.org/10.1143/JPSJ.43.1314
H. Arnold, W. Kurtz, A. Richter-Zinnius, J. Bethke, G. Heger. The phase transition of K2SO4 at about 850 K. Acta Crystallogr. B 37, 1643 (1981).
https://doi.org/10.1107/S0567740881006808
T.M. Chen, R.H. Chen. High-temperature structural phase transition of K2SO4 and K2SeO4 crystals studied by X-ray diffraction. J. Solid State Chem. 111, 338 (1994).
https://doi.org/10.1006/jssc.1994.1236
K.S. Aleksandrov, B.V. Beznosikov. Structural Phase Transitions in Crystals (Potassium Sulfate Family) (Nauka, 1993) (in Russian).
B.V. Beznosikov, K.S. Aleksandrov. Crystal chemical regularities of changes in structures related to the α-K2SO4 type. Preprint No. 304 (Acad. Sci. USSR, 1985) (in Russian).
B.V. Beznosikov, K.S. Aleksandrov. Regularities in the formation of ABCX4 structures. Preprint No. 463 (Acad. Sci. USSR, 1987) (in Russian).
L.I. Anatychuk. Thermoelements and Thermoelectric Devices (Naukova Dumka, 1979) (in Russian).
A.S. Baltabekov, T.A. Koketaitegi, L.M. Kim. Recombination processes in K2SO4 doped by ions of transitive metals. Educat. Sci. Bord. 2, 131 (2011).
N. Mahadeva, A.S. Etalo. Electrical conductivity and phase transformation studies on pure and doped (Mg2+, Zn2+, Cu2+, and Mn2+) crystals of K2SO4. Can. J. Chem. 53, 1542 (1975),
S. Radhakrishna, E.D. Pande. Transport properties of cobalt-doped potassium sulphate. Phys. Status Solidi A 16, 433 (1973).
https://doi.org/10.1002/pssa.2210160212
B.V.R. Chowdari, P. Venkateswarlu. Electron paramagnetic resonance of Mn2± in K2SO4 single crystal. J. Chem. Phys. 48, 318 (1968).
https://doi.org/10.1063/1.1667923
A.S. Baltabekov, T.A. Koketajtegi, L.M. Kim, B.S. Tagayeva. Radiolisis of crystalohydrates alkaline metals. Nauka i Studia. Physica 2, 91 (2011).
S.B. Anooza, R. Bertramb, D. Klimb. The solid state phase transformation of potassium sulfate. Solid State Commun. 141, 497 (2007).
https://doi.org/10.1016/j.ssc.2006.12.008
R.Yu. Abdusabirov, Yu.S. Gryaznov, M.M. Zapirov. Electron paramagnetic resonance of Cu2+ ions in K2SO4. Phys. Solid State 12, 657 (1970).
V.Yo. Stadnyk, R.B. Matviiv, P.A. Shchepanskyi, M.Ya. Rudysh, Z.A. Kogut. Photoelastic properties of potassium sulfate crystals. Phys. Solid State 61, 2130 (2019).
https://doi.org/10.1134/S1063783419110374
R.B. Matviiv, M.Ya. Rudysh, V.Yo. Stadnyk, A.O. Fedorchuk, P.A. Shchepanskyi, R.S. Brezvin, O.Y. Khyzhun. Structure, refractive and electronic properties of K2SO4 : Cu2+ (3%) crystals. Curr. Appl. Phys. 21, 80 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.cap.2020.09.015
V.Y. Stadnyk, R.B. Matviiv, M.Y. Rudysh, R.S. Brezvin, P.A. Shchepanskyi, B.V. Andrievskii. Refractive parameters and band energy structure of K2SO4 crystals doped with copper. J. Appl. Spectrosc. 87, 143 (2020).
https://doi.org/10.1007/s10812-020-00975-7
V.Yo. Stadnyk, R.B. Matviiv, P.A. Shchepanskyi. Refractive and photoelastic properties of K2SO4 crystals doped with copper. Crystallogr. Rep. 65, 961 (2020).
https://doi.org/10.1134/S1063774520060346
J.P. Perdew, J.A. Chevary, S.H. Vosko, K. Jackson, M.R. Pederson, D.J. Singh, C. Fiolhais. Atoms, molecules, solids, and surfaces: Applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation. Phys. Rev. B 46, 6671 (1992).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.46.6671
STOE & Cie GmbH, WinXPOW 3.03. Powder Diffraction Software Package (Darmstadt, 2010).
W. Kraus, G. Nolze. POWDER CELL - a program for the representation and manipulation of crystal structures and calculation of the resulting X-ray powder patterns. J. Appl. Crystallogr. 29, 301 (1996).
https://doi.org/10.1107/S0021889895014920
L. Akselrud, Y. Grin. WinCSD: software package for crystallographic calculations (Version 4). J. Appl. Crystallogr. 47, 803 (2014).
https://doi.org/10.1107/S1600576714001058
B. Andriyevsky, M. Jask'olski, V.Y. Stadnyk, M.O. Romanyuk, Z.O. Kashuba, M.M. Romanyuk. Electronic band structure and influence of uniaxial stresses on the properties of K2SO4 crystal: ab initio study. Comput. Mater. Sci. 79, 442 (2013).
https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.06.048
V.M. Gaba, V.Y. Stadnyk, O.S. Kushnir. Temperature changes of refractive indices of uniaxially compressed K2SO4 crystals. Opt. Spectrosc. 110, 967 (2011).
https://doi.org/10.1134/S0030400X11060099
O.V. Bovgyra, V.I. Stadnyk, O.Z. Chyzh. Energy band structure and refractive properties of LiRbSO4 crystals. Phys. Solid State 48, 1268 (2006).
https://doi.org/10.1134/S1063783406070080
V.Y. Stadnyk, M.O. Romanyuk, R.S. Brezvin. Optical and electronic parameters of RbNH4SO4 crystals. Ferroelectrics 192, 203 (1997).
https://doi.org/10.1080/00150199708216190
M.O. Romanyuk, A.S. Krochuk, I.P. Pashuk. Optics (Lviv Nat. Univ, 2012) (in Ukrainian).
M.O. Romanyuk. Workshop on Crystal Optics and Crystal Physics (Lviv Nat. Univ., 2012) (in Ukrainian).
O.L. Anderson. The relation between refractive index and density of minerals related to the Earth's mantle. J. Geophys. Res. 70, 1463 (1965).
https://doi.org/10.1029/JZ070i006p01463
D. Adamowska. Dichte und Lichtbrechung der Moldavite von Nˇechov. J. Contrib. Miner. Petrol. 16, 204 (1967).
https://doi.org/10.1007/BF00371092
S. Maj. On the relationship between refractive index and density for SiO2 polymorphs. Phys. Chem. Miner. 10, 133 (1984).
https://doi.org/10.1007/BF00309648
K. Sangwal, W. Kucharczyk. Relationship between density and refractive index of inorganic solids. J. Phys. D 20, 522 (1987).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/20/4/019
O.S. Kushnir, P.A. Shchepanskyi, V.Yo. Stadnyk, A.O. Fedorchuk. Relationships among optical and structural characteristics of ABSO4 crystals. Opt. Mater. 95, 109221 (2019).
https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109221
J.L. Dhay, J.H. Wernick. Ternary Chalcopyrite Semiconductors: Growth, Electronic Properties and Application (Pergamon Press, 1975).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
