WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Теплопроводность HgSe, введенного в решетку пустот монокристалла синтетического опала (для объемного образца HgSe с n 1 · 1018 cm3µ равна 36 800 cm2/V · s [13]).

Теперь, используя полученные значения для 0, можно рассчитать по формуле (5). Однако в (5) входит e еще и число Лоренца L. Согласно [13,16,25–28], для объемных образцов HgSe L в области средних температур (80–400 K) из-за неупругого характера рассеяния носителей тока становится меньше зоммерфельдовского значения L0 (L0 = 2.45 · 10-8 W · /K2), типичного для вырожденных полупроводников (а также полуметаллов и металлов). В объемных образцах с концентрацией носителей тока 1 · 1018 cm-3 при T > 80 K вносит e заметный вклад в общую теплопроводность ( 9-17% для T = 90-200 K [13]), который резко падает с уменьшением температуры ( 1% при T 10,K [26]).

В наших расчетах для простоты (и из-за отсутствия данных о поведении L(T ) для HgSe в опале) будем полагать, что L = L0 во всем исследованном интервале температур. Оказалось, что и при этих значениях числа 0 Лоренца и существенно не может повлиять e ph Рис. 6. Температурная зависимость общей теплопроводности на общие выводы о характере поведения (T ) HgSe, (1) и решеточной составляющей теплопроводности (2) HgSe, ph находящегося в порах первого порядка опала. расположенного в пустотах опала.

Зависимость (T ) представлена на рис. 6 (кривая 2).

ph Необходимо отметить, что для области температур 0 -0.T > 50 K T, что характерно для сильно ph представленными в [21]. Результаты такого расчета дефектных материалов.

приведены на рис. 4, b (кривая 3).

Перейдем теперь к анализу полученных данных для 0 0 HgSe, находящегося в пустотах опала, изме-. На рис. 7вместе с даннымидля приведены значеph ph няется в интервале 10–200 K от 1.85 · 10-3 до ния для объемных образцов HgSe из [13,16,25–27,29].

ph 1.97 · 10-3 · cm. В объемном HgSe (с n 1 · 1018 cm-3) Отметим две особенности в поведении (T ).

ph 77K 1·10-4 ·cm [26], что примерно в 18 раз меньше 1) Величина во всей исследованной области темph по сравнению с 0 HgSe, введенного в пустоты первого ператур намного меньше, чем объемных образцов.

ph порядка опала.

2) При T < 20 K наблюдается резкое уменьшение.

ph Расчет, проведенный нами с помощью [21] для 0 Так, например, отношение ph/ 0 (где ph соответствует ph в опале, подтверждается данными [8] и неопубликозначениям для объемных образцов HgSe [26]; кривая ванными результатами авторов по измеpению постона рис. 7) изменяется от 3, 37, 92, 500 соответственно янной Холла, eff и его изменения в магнитном попри 200, 20, 10, 5 K.

ле для нанокомпозита „опал + HgSe“. Были получены Уменьшение по сравнению с объемных образph ph интересные, нестандартные результаты. При 77 K eff цов при T > 20 K можно объяснить наличием в HgSe, исследованного нанокомпозита, как и в нашем случае, расположенном в пустотах опала, специфических дефексоставило 1.9 · 10-2 · cm. На основании анализа тов: вакансий и разрывов в решетке наполнителя, поэкспериментальных данных для трех указанных выше верхностных дефектов, дислокаций, дефектов, обусловэффектов, проведенного с учетом реальных параметров ленных напряжениями в материале-наполнителе, и т. д.

кристаллической решетки пустот первого порядка опа- На наличие дефектов, сильно рассеивающих фононы ла [8], удалось получить весьма необычные результаты.

в материале-наполнителе, как уже отмечалось выше, указывает и экспериментально полученная температурОказалось, что при 77 K концентрации носителей 0 0 -0.ная зависимость при T > 50 K ( T ).

тока для HgSe в октаэдрических пустотах и каналах ph ph опала различны. В первых концентрация составляет Резкое уменьшение при T < 20 K может быть обуph 1.75 · 1018 cm-3, во вторых 8 · 1018 cm-3 (различны словлено появлением граничного рассеяния фононов на и значения 0). Получается, что „капли“ селенида ртути, узких местах „рупорообразных“ каналов, соединяющих находящиеся в пустотах, как бы связываются друг с дру- заполненные селенидом ртути октаэдрические и тетрагом „проволочками“ с более высокой проводимостью эдрические пустоты первого порядка опала. Попробуем из HgSe, располагающегося в каналах. Среднее значе- более детально рассмотреть этот случай.

ние 0 HgSe в опале составило 1. 96 · 10-3 · cm. Отметим интересную особенность, связанную с переРасчетные значения подвижностей µ77K носителей тока носом тепла в нанокомпозитах на основе опалов при (R/0) для HgSe, расположенного в пустотах и каналах 100% заполнении наполнителем пустот первого порядка.

опала, оказались близки и составили 690 cm2/V · s Тепловой поток в нанокомпозите будет проходить по Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 540 В.Н. Богомолов, Н.Ф. Картенко, Д.А. Курдюков, Л.С. Парфеньева, В.В. Попов, Л.М. Сорокин...

двум параллельным каналам — сферам аморфного SiO2, образующим опал, и по своеобразным цепочкам из материала-наполнителя [8]: тетраэдрическая (октаэдрическая) заполненная пустота–заполненный рупорообразный канал–тетраэдрическая (октаэдрическая) заполненная пустота–заполненный рупорообразный канал и т. д.

В этом случае важно знать соотношение величин теплопроводностей матрицы и наполнителя. Возможны следующие варианты: 1) матрицы < наполнителя, поток тепла пойдет преимущественно по цепочкам материала-наполнителя; 2) матрицы > наполнителя, поток тепла пойдет преимущественно по матрице.

Нанокомпозит „опал + HgSe“ следует отнести к первому рассмотренному выше варианту.

Попытаемся теперь понять поведение (T ) при ph T < 20 K для HgSe, расположенного в пустотах опала (кривая 6 на рис. 7), исходя из предложенной схемы переноса тепла в этом нанокомпозите и стандартной формулы для теплопроводности твердых тел =(1/3)CV lv, (6) ph где l — длина свободного пробега фононов, CV —теп лоемкость при постоянном объеме, v =(2v + v )/3 — Рис. 8. Температурная зависимость объемного образца ph HgSe (n = 3·1018 cm-3 [25,26]) (1) и HgSe, введенного в решетку пустот первого порядка опала (n = 1 · 1018 cm-3) (2). Штриховые кривые — расчет по (6) для значений l = 100 (3) ph и 300 (4).

средняя скорость звука, v и v — соответственно поперечная и продольная скорости звука.

Тепловой поток в нанокомпозите „опал + HgSe“, как отмечалось выше, преимущественно распространяется по цепочкам из HgSe. При определенных температурах длина свободного пробега фононов может оказаться сравнимой с размерами „перемычек“ — узких мест рупорообразных каналов, соединяющих заполненные селенидом ртути октаэдрические (и тетраэдрические) пустоты опала.

При дальнейшем понижении температуры l при этих услових становится постоянной, а поскольку v слабо зависит от температуры,, согласно (6), начнет уменьph шаться с температурой как CV (T ) ( (T) CV (T )).

ph Чтобы проверить это предположение, мы рассчитали по формуле (6) для интервала температур 10–300 K длину свободного пробега фононов для объемного кристалРис. 7. Температурные зависимости для объемных ph ла HgSe. При расчетах использовались данные для ph образцов HgSe с различной концентрацией носителей то HgSe (n 3 · 1018 cm-3) [25,26], CV [30–32], v [11,25,33] ка(1–5) и HgSe, введенного в пустоты первого порядка опала и плотности кристалла [25,26,33,34].

(n 1 · 1018 cm-3) (6). n, cm-3: 1 — 0.5 · 1018 [13], Из зависимости l(T) мы определили температуры, при 2 — 3 · 1018 [25,26], 3 — 3 · 1019 [27], 4 — 1 · 1018 [16], 5 — 4 · 1020 (примесь Fe) [29]. которых l становится сравнимой с размером перемычки Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Теплопроводность HgSe, введенного в решетку пустот монокристалла синтетического опала (для двух возможных вариантов l = 100 и 300 ), и за- [13] С.А. Алиев, Л.Л. Коренблит, С.С. Шалыт. ФТТ 8, 3, (1966).

тем вычислили по (6) значения (T ), соответствующие ph [14] С.А. Алиев, Л.Л. Коренблит, С.С. Шалыт. ФТТ 7, 6, этим условиям (кривые 3, 4 на рис. 8). Оказалось, что (1965).

при T < 20 K (T ) практически совпала с, рассчиph ph [15] С.С. Шалыт, С.А. Алиев. ФТТ 6, 7, 1979 (1964).

танной по (6) в предположении, что l = const = 100.

[16] И.А. Смирнов, С.А. Алиев. ФТТ 10, 9, 2643 (1968).

Таким образом, можно считать, что в области низких [17] V.N. Bogomolov, L.S. Parfeneva, A.V. Prokofiev, I.A. Smirnov, температур (T < 20 K) теплопроводность наполнителя, S.M. Samoilovich, A. Jezowski, H. Misiorek, J. Mucha. Abstr.

расположенного в пустотах опала, определяется гранич- 14th Int. conf. on Thermoelectrics. Russian Academy of Sciences, St. Petersburg (1995). P. 83.

ным рассеянием фононов на узких местах рупорообраз[18] V.N. Bogomolov, D.A. Kurdyukov, L.S. Parfeneva, A.V. Prokoных каналов, соединяющих октаэдрические (и тетраэдfiev, I.A. Smirnov, A. Jezowski, H. Misiorek, J. Mucha. Abstr.

рические) заполненные пустоты первого порядка опала.

Int. Symp. „Nanostructures: Physics and Technology-96“.

Важную роль в этом процессе играет факт регулярного Russian Academy of Sciences, St. Petersburg (1996). P. 298– расположения таких перемычек в решетке наполнителя 299.

в опале.

[19] V.N. Bogomolov, L.S. Parfeneva, A.V. Prokofiev, I.A. Smirnov, Итак, на основании результатов, полученных в рабоS.M. Samoilovich, H. Misiorek, J. Mucha, A. Jezowski.

те [6], и настоящего эксперимента можно сделать обобAbstr. 3nd Bilateral Symp. on „Physics of Novel Materials“.

щающий вывод о поведении теплопроводности опалов Cologne, Germany (1997). P. 18–19.

и нанокомпозитов на их основе. [20] Г.Н. Дульнев. ИФЖ 9, 3, 399 (1965).

[21] Г.Н. Дульнев, Ю.П. Заричняк. Теплопроводность смесей Теплопроводность опалов в широком интервале теми композиционных материалов. Энергия, Л. (1974). 264 с.

ператур определяется в основном качеством контактов [22] R.E. Meredith, C.W. Tobias. J. Appl. Phys. 31, 1270 (1960).

между аморфными сферами SiO2, а теплопроводность [23] K.W. Garrett, H.M. Rosenberg. J. Phys. D: Appl. Phys. 7, наполнителя при низких температурах (при условии (1974).

100% заполнения пустот опала, когда матрицы < [24] Е.Я. Литовский. Изв. АН СССР. Неорган. Материалы 16, наполнителя) — граничным рассеянием фононов на 3, 559 (1980).

„узких“ местах рупорообразных каналов, соединяющих [25] D.A. Nelson, J.G. Broerman, E.C. Poxia, C.R. Whitsett. Phys.

заполненые октаэдрические (и тетраэдрические) пустоRev. Lett. 22, 17, 884 (1969).

ты опала.

[26] C.R. Whitsett, D.A. Nelson, J.G. Broerman, E.C. Paxhia. Phys.

Rev. B 7, 10, 4625 (1973).

[27] С.А. Алиев, Д.Г. Араслы. ФТП 7, 10, 2000 (1973).

[28] S.M. Wasim, B. Fernandez, R. Aldana. Phys. Stat. Sol. (a) 76, Список литературы 743 (1983).

[29] И.Г. Кулиев, А.Т. Лончаков, И.Ю. Арапова. ФТП 34, 4, [1] В.Н. Богомолов, Л.С. Парфеньева, А.В. Прокофьев, (2000).

И.А. Смирнов, С.М. Самойлович, А. Ежовский, Я. Муха, [30] П.В. Гультяев, А.В. Петров. ФТТ 1, 3, 368 (1959).

Х. Мисерек. ФТТ 37, 11, 3411 (1995).

[31] В.И. Богданов, Ю.Х. Векилов, А.Е. Кадышевич, А.Д. Ле[2] В.Н. Богомолов, Д.А. Курдюков, Л.С. Парфеньева, вин. ФТТ 12, 10, 3001 (1970).

А.В. Прокофьев, С.М. Самойлович, И.А. Смирнов, [32] Н.Н. Сирота, Н.П. Гавалешко, В.В. Новикова, А.В. НовиА. Ежовский, Я. Муха, Х. Мисерек. ФТТ 39, 2, 392 (1997).

ков, С.Ю. Паранчич. ФТТ 30, 4, 1237 (1988).

[3] Л.И. Арутюнян, В.Н. Богомолов, Н.Ф. Картенко, Д.А. Кур[33] A. Lehoczky, D.A. Nelson, C.R. Witsett. Phys Rev. 188, 3, дюков, В.В. Попов, А.В. Прокофьев, И.А. Смирнов, 1069 (1969).

Н.В. Шаренкова. ФТТ 39, 3, 586 (1997).

[34] О.М. Красильников, Ю.Х. Векилов, В.М. Безбородова, [4] Л.И. Арутюнян, В.Н. Богомолов, Н.Ф. Картенко, Д.А. КурА.В. Юшин. ФТП 11, 2122 (1970).

дюков, Л.С. Парфеньева, И.А. Смирнов, Н.В. Шаренкова, А. Ежовский, Я. Муха, Х. Мисерек. ФТТ 40, 2, 379 (1998).

[5] В.Н. Богомолов, Н.Ф. Картенко, Д.А. Курдюков, Л.С. Парфеньева, А.А. Сысоева, Н.В. Шаренкова, И.А. Смирнов, Х. Мисерек, Я. Муха, А. Ежовский. ФТТ 41, 2, 348 (1999).

[6] В.Н. Богомолов, Л.С. Парфеньева, И.А. Смирнов, Х. Мисерек, А. Ежовский. ФТТ 44, 1, 170 (2002).

[7] В.Н. Богомолов, Л.С. Парфеньева, Л.М. Сорокин, И.А. Смирнов, Х. Мисерек, А. Ежовский, Дж. Хатчисон.

ФТТ 44, 6, 1017 (2002).

[8] В.Н. Богомолов, Т.М. Павлова. ФТП 29, 5–6, 826 (1995).

[9] В.Г. Балакирев, В.Н. Богомолов, В.В. Журавлев, Ю.А. Кумзеров, В.П. Петрановский, С.Г. Романов, Л.А. Самойлович.

Кристаллография 38, 3, 111 (1993).

[10] В.В. Ратников. ФТТ 39, 5, 956 (1997).

[11] T. Dietl, W. Szymanska. J. Phys. Chem. Sol. 39, 1041 (1978).

[12] A. Jezowski, J. Mucha, G. Pompe. J. Phys. D: Appl. Phys. 20, 1500 (1987).

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.