Arsenid kademnatý - Cadmium arsenide

Arsenid kademnatý
Krystaly arsenidu kademnatého.jpg
CD3Tak jako2 krystaly s orientací (112) a (400)[1]
Kadmium arsenid STM2.jpg
STM obrázek povrchu (112)[1]
Jména
Ostatní jména
Trikadmium diacenid
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChemSpider
Informační karta ECHA100.031.336 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 234-484-1
Vlastnosti
CD3Tak jako2
Molární hmotnost487,08 g / mol
Vzhledpevná, tmavě šedá
Hustota3.031
Bod tání 716 ° C (1321 ° F; 989 K)
rozkládá se ve vodě
Struktura[1]
Čtyřúhelníkový, tI160
I41cd, č. 110
A = 1,26512 (3) nm, C = 2,54435 (4) nm
Nebezpečí
Piktogramy GHSGHS06: ToxickýGHS07: Zdraví škodlivýGHS08: Nebezpečí pro zdravíGHS09: Nebezpečnost pro životní prostředí
Signální slovo GHSNebezpečí
H301, H312, H330, H350, H400, H410
P201, P202, P260, P261, P264, P270, P271, P273, P280, P281, P284, P301 + 310, P302 + 352, P304 + 340, P308 + 313, P310, P311, P312, P320, P321, P322, P330, P363, P391, P403 + 233
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
žádná data
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
TWA 0,005 mg / m3 (jako Cd)[2]
REL (Doporučeno)
Ca.[2]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
Ca [9 mg / m3 (jako Cd)][2]
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
Reference Infoboxu

Arsenid kademnatý (CD3Tak jako2) je anorganická půlměsíc v II-V rodina. Vystavuje Nernstův efekt.

Vlastnosti

Tepelný

CD3Tak jako2 disociuje mezi 220 a 280 ° C podle reakce[3]

CD3Tak jako2(s) → 3 Cd (g) + 0,5 As4(G)

Byla zjištěna energetická bariéra pro nestechiometrické odpařování arsenu v důsledku nepravidelnosti parciálních tlaků s teplotou. Rozsah energetické mezery je od 0,5 do 0,6 eV. CD3Tak jako2 taje při 716 ° C a mění fázi při 615 ° C /[4]

Fázový přechod

Čistý arsenid kademnatý prochází při vysokých teplotách několika fázovými přechody, což vede k fázím označeným jako α (stabilní), α ‘, α“ (metastabilní) a β.[5] Při 593 ° dochází k polymorfnímu přechodu α → β.

α-Cd3Tak jako2 ↔ α’-Cd3Tak jako2 dochází při ~ 500 K.
α’-Cd3Tak jako2 ↔ α ‘“ - Cd3Tak jako2 dochází při ~ 742 K a je to normální fázový přechod prvního řádu s výraznou hysterezní smyčkou.
a ”-Cd3Tak jako2 ↔ β-Cd3Tak jako2 se vyskytuje při 868 K.

K určení mřížkových parametrů Cd byla použita rentgenová difrakce monokrystalu3Tak jako2 mezi 23 a 700 ° C. K přechodu α → α ′ dochází pomalu, a proto je s největší pravděpodobností přechodnou fází. K přechodu α ′ → α ″ dochází mnohem rychleji než α → α ′ a má velmi malou tepelnou hodnotu hystereze. Tento přechod má za následek změnu ve čtyřnásobné ose tetragonální buňky křišťálové partnerství. Šířka smyčky je nezávislá na rychlosti ohřevu, i když se po několika teplotních cyklech zužuje.[6]

Elektronický

Sloučenina arsenid kademnatý má nižší tlak par (0,8 atm) než kadmium i arsen samostatně. Arsenid kademnatý se nerozkládá, je-li odpařen a znovu kondenzován. Koncentrace nosiče v Cd3Tak jako2 jsou obvykle (1–4) × 1018 elektrony / cm3. I přes vysokou koncentraci nosiče jsou pohyblivosti elektronů také velmi vysoké (až 10 000 cm)2/ (V · s) při pokojové teplotě).[7]

V roce 2014 Cd3Tak jako2 bylo prokázáno, že je půlměsíc materiál analogický k grafen která existuje ve 3D podobě, jejíž tvar by měl být mnohem snazší vytvořit do elektronických zařízení.[8][9] Trojrozměrné (3D) topologické Diracovy semimetály (TDS) jsou hromadnými analogiemi grafen které také vykazují netriviální topologii ve své elektronické struktuře, která sdílí podobnosti s topologickými izolátory. Kromě toho může být TDS potenciálně zaveden do dalších exotických fází (jako jsou Weylovy polokovy, axiální izolátory a topologické supravodiče ), Fotoemisní spektroskopie s úhlovým rozlišením odhalila dvojici 3D Dirac fermions v Cd3Tak jako2. Ve srovnání s jinými 3D TDS, například β-cristobalitem Bio
2 a Na3Bi, Cd3Tak jako2 je stabilní a má mnohem vyšší rychlosti Fermi. K doladění energie Fermiho byl použit doping in situ.[9]

Dirigování

Arsenid kademnatý je II-V polovodič zobrazeno zdegenerovaně polovodič typu n vnitřní vodivost s velkou pohyblivostí, nízkou účinnou hmotou a vysoce neparabolickým vodivým pásmem, nebo a Polovodič s úzkou mezerou. Zobrazuje obrácenou strukturu pásma a mezeru optické energie, napřG, je menší než 0. Při nanášení termální odpařování (depozice), arsenid kademnatý zobrazil Schottkyho (termionická emise ) a Efekt Poole – Frenkel při vysokých elektrických polích.[10]

Magnetorezistence

Kadmium Arsenid je velmi silný kvantové oscilace v odporu i při relativně vysoké teplotě 100K.[11] To je užitečné pro testování kryomagnetických systémů, protože přítomnost tak silného signálu je jasným indikátorem funkce

Příprava

Schéma růstu páry Cd3Tak jako2 krystaly za použití pece na oxid hlinitý.[1]

Arsenid kademnatý lze připravit jako amorfní polovodičový sklenka. Podle Hiscocks a Elliot,[4] příprava arsenidu kademnatého byla vyrobena z kovu kadmia, který měl čistotu 6 N od společnosti Kock-Light Laboratories Limited. Hoboken dodává β-arsen s čistotou 99,999%. Stechiometrické proporce prvků kadmium a arsen byly zahřívány společně. Oddělení bylo obtížné a zdlouhavé kvůli ingoty lepení na oxid křemičitý a lámání. Byl vytvořen tekutý zapouzdřený růst Stockbargeru. Krystaly se získávají z těkavých tavenin v zapouzdření v kapalině. Tavenina je pokryta vrstvou inertní kapaliny, obvykle B2Ó3a použije se tlak inertního plynu vyšší než rovnovážný tlak par. Tím se eliminuje odpařování z taveniny, což umožňuje setí a tažení skrz B2Ó3 vrstva.

Krystalická struktura

Jednotková buňka Cd3Tak jako2 je čtyřboká. Ionty arsenu jsou kubický zavřený a ionty kadmia jsou čtyřstěnně koordinovány. Prázdná čtyřboká místa vyvolala výzkum von Stackelberga a Pauluse (1935), kteří určili primární strukturu. Každý iont arsenu je obklopen ionty kadmia v šesti z osmi rohů zkreslené krychle a dvě volná místa byla v úhlopříčkách.[12]

Krystalická struktura arsenidu kademnatého je velmi podobná struktuře fosfid zinečnatý (Zn3P2), arsenid zinečnatý (Zn3Tak jako2) a fosfid kademnatý (Cd3P2). Tyto sloučeniny Zn-Cd-P-As kvartérní systém vykazuje plné kontinuální pevné řešení.[13]

Nernstův efekt

Arsenid kademnatý se používá v infračervené detektory pomocí Nernstova efektu a v tenké vrstvě tlakové senzory. Lze jej také použít k výrobě magnetorezistory a v fotodetektory.[14]

Arsenid kademnatý lze použít jako a dopant pro HgCdTe.

Reference

  1. ^ A b C d Sankar, R .; Neupane, M .; Xu, S.-Y .; Butler, C. J .; Zeljkovic, I .; Panneer Muthuselvam, I .; Huang, F.-T .; Guo, S.-T .; Karna, Sunil K .; Chu, M.-W .; Lee, W. L .; Lin, M.-T .; Jayavel, R .; Madhavan, V .; Hasan, M. Z .; Chou, F. C. (2015). „Velký růst jediného krystalu, transportní vlastnosti a spektroskopické charakterizace trojrozměrného Diracova semimetalu Cd3Tak jako2". Vědecké zprávy. 5: 12966. Bibcode:2015NatSR ... 512966S. doi:10.1038 / srep12966. PMC  4642520. PMID  26272041.
  2. ^ A b C NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0087". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  3. ^ Westmore, J. B .; Mann, K. H .; Tickner, A. W. (1964). „Hmotnostní spektrometrická studie nestechiometrické vaporizace arsenidu kademnatého1". The Journal of Physical Chemistry. 68 (3): 606–612. doi:10.1021 / j100785a028.
  4. ^ A b Hiscocks, S. E. R .; Elliott, C. T. (1969). „O přípravě, růstu a vlastnostech Cd3Tak jako2". Journal of Materials Science. 4 (9): 784–788. Bibcode:1969JMatS ... 4..784H. doi:10.1007 / BF00551073.
  5. ^ Pietraszko, A .; Łukaszewicz, K. (1969). „Upřesnění krystalové struktury α“ -Cd3Tak jako2". Acta Crystallographica oddíl B. 25 (5): 988–990. doi:10.1107 / S0567740869003323.
  6. ^ Pietraszko, A .; Łukaszewicz, K. (1973). "Tepelná roztažnost a fázové přechody Cd3Tak jako2 a Zn3Tak jako2". Physica Status Solidi A. 18 (2): 723–730. Bibcode:1973PSSAR..18..723P. doi:10.1002 / pssa.2210180234.
  7. ^ Dowgiałło-Plenkiewicz, B .; Plenkiewicz, P. (1979). "Obrácená pásová struktura Cd3Tak jako2". Physica Status Solidi B. 94: K57. Bibcode:1979PSSBR..94 ... 57D. doi:10.1002 / pssb.2220940153.
  8. ^ Neupane, M .; Xu, S. Y .; Sankar, R .; Alidoust, N .; Bian, G .; Liu, C .; Belopolski, I .; Chang, T. R.; Jeng, H. T .; Lin, H .; Bansil, A .; Chou, F .; Hasan, M. Z. (2014). „Pozorování trojrozměrné topologické Diracovy semimetální fáze na Cd s vysokou mobilitou3Tak jako2". Příroda komunikace. 5: 3786. arXiv:1309.7892. Bibcode:2014NatCo ... 5E3786N. doi:10.1038 / ncomms4786. PMID  24807399.
  9. ^ A b Liu, Z. K .; Jiang, J .; Zhou, B .; Wang, Z. J .; Zhang, Y .; Weng, H. M .; Prabhakaran, D .; Mo, S.K .; Peng, H .; Dudin, P .; Kim, T .; Hoesch, M .; Fang, Z .; Dai, X .; Shen, Z. X .; Feng, D.L .; Hussain, Z .; Chen, Y. L. (2014). „Stabilní trojrozměrný topologický Dirac semimetal Cd3Tak jako2". Přírodní materiály. 13 (7): 677–81. Bibcode:2014NatMa..13..677L. doi:10.1038 / nmat3990. PMID  24859642.
  10. ^ Din, M .; Gould, R. D. (2006). „Měření Van der Pauwova odporu na odpařených tenkých vrstvách arsenidu kademnatého, Cd3Tak jako2". Aplikovaná věda o povrchu. 252 (15): 5508–5511. Bibcode:2006ApSS..252.5508D. doi:10.1016 / j.apsusc.2005.12.151.
  11. ^ Narayanan, A .; Watson, M. D .; Blake, S. F .; Bruyant, N .; Drigo, L .; Chen, Y. L .; Prabhakaran, D .; Yan, B .; Felser, C .; Kong, T .; Canfield, P. C .; Coldea, A. I. (19. března 2015). "Lineární magnetorezistence způsobená fluktuacemi pohyblivosti v -doped". Dopisy o fyzické kontrole. 114 (11). arXiv:1412.4105. doi:10.1103 / PhysRevLett.114.117201.
  12. ^ Ali, M. N .; Gibson, Q .; Jeon, S .; Zhou, B. B .; Yazdani, A .; Cava, R. J. (2014). „Krystalová a elektronická struktura CD3Tak jako2, Trojrozměrný elektronický analog grafenu “. Anorganická chemie. 53 (8): 4062–7. arXiv:1312.7576. doi:10.1021 / ic403163d. PMID  24679042.
  13. ^ Trukhan, V. M .; Izotov, A. D .; Shoukavaya, T. V. (2014). "Sloučeniny a tuhá řešení systému Zn-Cd-P-As v polovodičové elektronice". Anorganické materiály. 50 (9): 868–873. doi:10.1134 / S0020168514090143.
  14. ^ Din, M.B .; Gould, RD (1998). „Mechanismus vysokého vodivosti tenkých vrstev arsenidu kademnatého vypařeného“. ICSE'98. 1998 Mezinárodní konference IEEE o polovodičové elektronice. Sborník (kat. Č. 98EX187). str. 168. doi:10.1109 / SMELEC.1998.781173. ISBN  0-7803-4971-7.

externí odkazy