Механізми електропровідності напівпровідника Tm1 – xVxNiSb

Автор(и)

  • V.V. Romaka Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden)
  • V.A. Romaka Lviv Polytechnic National University
  • Yu.V. Stadnyk Ivan Franko National University of Lviv
  • L.P. Romaka Ivan Franko National University of Lviv
  • A.M. Horyn Ivan Franko National University of Lviv
  • P.Yu. Demchenko Ivan Franko National University of Lviv
  • V.Z. Pashkevych Lviv Polytechnic National University

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe69.12.936

Ключові слова:

напiвгойслерiвськi фази, рiвень Фермi, електронна структура, електроопiр, коефiцiєнт термоелектрорушiйної сили

Анотація

Дослiджено структурнi, термодинамiчнi, кiнетичнi та енергетичнi властивостi напiвпровiдникiв Tm1−xVxNiSb з 0 ≤ x ≤ 0,10 в iнтервалi температур T = 80–400 K. Проведене дослiдження показує, що кристалiчна структура TmNiSb (x = 0) є невпорядкованою i мiстить до 2% вакансiй у кристалографiчнiй позицiї 4a атомiв Tm, якi з ростом x до x = 0,03 поступово заповнюються атомами V; подальше збiльшення x супроводжується замiщенням атомiв Tm атомами V. Експериментально встановлено механiзм формування двох сортiв акцепторних станiв з рiзною глибиною залягання: мiлких акцепторiв, породжених вакансiями у структурi p-TmNiSb, та глибоких акцепторiв, утворених вакансiями у кристалографiчнiй позицiї 4c атомiв Ni, якi вiдповiдають областi гомогенностi сполуки TmxNi1−xSb, типовiй для iнших фаз RNiSb. Результати моделювання в рамках теорiї функцiонала густини, включно iз енергiєю основного стану, розподiлом густини електронних станiв I зонною структурою Tm1−xVxNiSb, узгоджуються з результатами експериментальних дослiджень.

Посилання

V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, V.Ya. Krayovskyy, L.P. Romaka, O.P. Guk, V.V. Romaka, M.M. Mykyychuk, A.M. Horyn. The Latest Heat-Sensitive Materials and Temperature Transducers (Lviv Polytechnic Publishing House, 2020).

J. Bos, R. Downie. Half-Heusler thermoelectrics: A complex class of materials. Phys.: Condens. Matter. 26, 433201 (2014).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/43/433201

L. Huang, Q. Zhang, Bo Yuan, X. Lai, X. Yan, Z. Ren. Recent progress in half-Heusler thermoelectric materials. Mater. Res. Bull. 76, 107 (2016).

https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.11.032

K. Xia, C. Hu, C. Fu, X. Zhao, T. Zhu. Half-Heusler thermoelectric materials. Appl. Phys. Lett. 118, 140503 (2021).

https://doi.org/10.1063/5.0043552

K. Hartjes, W. Jeitschko. Crystal structure and magnetic properties of the lanthanoid nickel antimonides LnNiSb (Ln=La-Nd, Sm, Gd-Tm, Lu). J. Alloys Compd. 226, 81 (1995).

https://doi.org/10.1016/0925-8388(95)01573-6

I. Karla, J. Pierre, R.V. Skolozdra. Physical properties and giant magnetoresistance in RNiSb compounds. J. Alloys Compd. 265, 42 (1998).

https://doi.org/10.1016/S0925-8388(97)00419-2

R.V. Skolozdra, A. Guzik, A.M. Goryn, J. Pierre. Magnetic and transport properties of RNiSb compounds. Acta Phys. Polonica A. 92,343 (1997).

https://doi.org/10.12693/APhysPolA.92.343

V.V. Romaka, L. Romaka, A. Horyn, P. Rogl, Yu. Stadnyk, N. Melnychenko, M. Orlovskyy, V. Krayovskyy. Peculiarities of thermoelectric half-Heusler phase formation in Gd-Ni-Sb and Lu-Ni-Sb ternary systems. J. Solid State Chem. 239, 145 (2016).

https://doi.org/10.1016/j.jssc.2016.04.029

V.V. Romaka, L. Romaka, A. Horyn, Yu. Stadnyk. Experimental and theoretical investigation of the Y-Ni-Sb and Tm-Ni-Sb systems. J. Alloys Compd. 855, 157334 (2021).

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157334

V.V. Romaka, V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, L.P. Romaka, Y.O. Plevachuk, V.Z. Pashkevich, P.I. Haraniuk, A.M. Horyn. Features of the generation of the energy states in the semiconductor Lu1−xVxNiSb. Ukr. J. Phys. 68(4), 274 (2023).

https://doi.org/10.15407/ujpe68.4.274

V.A. Romaka, Yu. Stadnyk, L. Romaka, A. Horyn, V. Pashkevich, H. Nychyporuk, P. Garanyuk. Investigation of thermoelectric material based on Lu1−xZrxNiSb solid solution. I. Experimental results. J. Phys. and Chem. Sol. State. 23, 235-241 (2022).

https://doi.org/10.15330/pcss.23.2.235-241

V.A. Romaka, Yu. Stadnyk, L. Romaka, V.V. Romaka, P. Demchenko, V. Pashkevich, A. Horyn. Investigation of thermoelectric material based on Lu1−xZrxNiSb solid solution. II. Modeling of characteristics. J. Phys. and Chem. Sol. State. 23, 4974 (2022).

https://doi.org/10.15330/pcss.23.3.497-504

V.A. Romaka, Yu. Stadnyk, L. Romaka, V. Krayovskyy, A. Horyn, P. Klyzub, V. Pashkevych. Study of the structural, electrokinetic and magnetic characteristics of the Er1−xZrxNiSb semiconductor. J. Phys. and Chem. Sol. State. 21, 689 (2020).

https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.689-694

V.V. Romaka, V.A. Romaka, Yu.V. Stadnyk, L.P. Romaka, P.Y. Demchenko, V.Z. Pashkevych, A.M. Horyn. Featutes of mechanisms of electrical conductivity in semiconductive solid solution Lu1−xScxNiSb. Ukr. J. Phys. 67, 370 (2022).

https://doi.org/10.15407/ujpe67.5.370

Yu. Stadnyk, V.A. Romaka, A. Horyn, V.V. Romaka, L. Romaka, P. Klyzub, V. Pashkevich, A. Gorpenyuk. Modeling of structural and energetic parameters of pEr1−xScxNiSb semiconductor. J. Phys. and Chem. Sol. State. 22, 509 (2021).

https://doi.org/10.15330/pcss.22.3.509-515

I. Wolanska, K. Synoradzki, K. Ciesielski, K. Zaleski, P. Skokowski, D. Kaczorowski. Enhanced thermoelectric power factor of half-Heusler solid solution Sc1−xTmxNiSb prepared by high-pressure high-temperature sintering method. Mater. Chem. Phys. 227, 29 (2019).

https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.01.056

T. Roisnel, J. Rodriguez-Carvajal. WinPLOTR: a windows tool for powder diffraction patterns analysis. Mater. Sci. Forum, Proc. EPDIC7. 378-381, 118 (2001).

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.118

G. Kresse, J. Hafner. Ab initio molecular dynamics for liquid metals. Phys. Rev. B 47, 558 (1993).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.558

G. Kresse, D. Joubert. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method. Phys. Rev. B 59, 1758 (1999).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758

J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 77 (18), 3865 (1996).

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865

H.J. Monkhorst, J.K. Pack. Special points for Brillouinzone integrations. Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188

K. Okhotnikov, T. Charpentier, S. Cadars. Supercell program: a combinatorial structure-generation approach for the local-level modeling of atomic substitutions and partial occupancies in crystals. J. Cheminform. 8 (17), 1 (2016).

https://doi.org/10.1186/s13321-016-0129-3

P. Vinet, J.H. Rose, J.S. Jr Ferrante. Universal features of the equation of state of solids. J. Phys.: Codens. Matter. 1, 1941 (1989).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/11/002

H. Akai. Fast Korringa-Kohn-Rostoker coherent potential approximation and its application to FCC Ni-Fe systems. J. Phys.: Condens. Matter. 1, 8045 (1989).

https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/43/006

V.L. Moruzzi, J.F. Janak, A.R. Williams. Calculated Electronic Properties of Metals (Pergamon Press, 1978).

V.V. Romaka, G. Rogl, A. Grytsiv, P. Rogl. Determination of structural disorder in Heusler-type phases. Comput. Mater. Sci. 172, 109307 (2020).

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109307

B.I. Shklovskii, A.L. Efros. Electronic Properties of Doped Semiconductors (Springer Verlag, 1984).

https://doi.org/10.1007/978-3-662-02403-4

N.F. Mott, E.A. Davis. Electron Processes in NonCrystalline Materials (Clarendon Press, 1979).

V.A. Romaka, E.K. Hlil, Ya.V. Skolozdra, P. Rogl, Yu.V. Stadnyk, L.P. Romaka, A.M. Goryn. Features of the mechanisms of generation and "Healing" of structural defects in the heavily doped intermetallic semiconductor n-ZrNiSn. Semiconductors. 43, 1115 (2009).

https://doi.org/10.1134/S1063782609090024

Downloads

Опубліковано

2024-12-14

Як цитувати

Romaka, V., Romaka, V., Stadnyk, Y., Romaka, L., Horyn, A., Demchenko, P., & Pashkevych, V. (2024). Механізми електропровідності напівпровідника Tm1 – xVxNiSb. Український фізичний журнал, 69(12), 936. https://doi.org/10.15407/ujpe69.12.936

Номер

Том 69 № 12 (2024)

Розділ

Напівпровідники і діелектрики

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.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC