Синтез и кристаллическая структура FexZrSe2

1.

Синтез и кристаллическая структура FexZrSe2.
Дьячков Е.Г.1, Шкварин А.С.1, Титов А.А.1, Пряничников С.В.2, Титов А.Н.1
1Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Екатеринбург, Россия
2Институт металлургии имени академика Н.А. Ватолина УрО РАН, Екатеринбург, Россия
Явление ретроградной растворимости, позволяющее выделять наноструктурные включения непосредственно в межслоевом пространстве решетки матрицы [1]
позволяет рассматривать подобные материалы в качестве прекурсоров в наноэлектронике. Ранее обнаружена ретроградная растворимость железа [2] и никеля [3] в
диселениде титана. С практической точки зрения было бы интересно получить магнитные включения в непроводящей матрице. В качестве такой матрицы была
выбрана матрица ZrSe2, в которой наблюдается запрещенная щель примерно 0.8 эВ.
Синтез образцов был выполнен стандартным методом твердофазных реакций в откачанных и запаянных ампулах. Синтез был выполнен в несколько этапов. На
первом этапе проводился синтез ZrSe2 из исходных элементов. После получения матрицы в нее добавлялось необходимое количество железа. Далее синтез
выполнялся при температуре 900 оС в течение недели. После этого производилась гомогенизация и повторный отжиг. Структуру и фазовый состав полученных
поликристаллов изучали с использованием рентгеновской порошковой дифракции (XRD) на дифрактометре Shimadzu XRD 7000 Maxima (излучение Cu Kα1,
графитовый монохроматор, 2Θ = 10–90˚) в ЦКП "Урал-М" (Института металлургии УрО РАН).
Уточнение параметров кристаллической структуры было выполнено полнопрофильным методом с использованием программного пакета GSAS (General Structure
Analysis System).
Дифракционные картины для FexZrSe2 стартовый синтез
Дифракционные картины для FexZrSe2 после дополнительного отжига
Параметры решетки для FexZrSe2 из полнопрофильного уточнения
Composition
Fe0.1ZrSe2
(98.13%)
a = 3.767(1)
c = 6.119(1)
ZrO2 (1.870(5)%)
Fe0.2ZrSe2(94.22%)
a = 3.765(1)
c = 6.113(1)
ZrO2 (2.275(5)%)
ZrSiO2 (3.500(5)%)
Fe0.3ZrSe2(93.27%)
a = 3.762(1)
c = 6.121(1)
ZrO2 (2.905(9)%)
ZrSiO2 (3.820(6)%)
Atom type
Zr
Se
FeO
FeT
Zrint
Zr
Se
FeO
FeT
Zrint
Zr
Se
FeO
FeT
Zrint
x
0
1/3
0
1/3
0
0
1/3
0
1/3
0
0
1/3
0
1/3
0
y
0
2/3
0
2/3
0
0
2/3
0
2/3
0
0
2/3
0
2/3
0
Z
0
0.2587(1)
0.5
0.5
0
0.2592(1)
0.5
0.5
0
0.2610(1)
0.5
0.5873(7)
0.5
Fraction
0.883(1)
2
0.1
0.0
0.087(1)
0.881(1)
2
0.2
0.0
0.019(1)
0.861(1)
1x2
0.214(6)
0.043(3)
0.049(1) x 2
RF2
RF2=10.80
χ=3.25
RF2=8.43
χ=2.22
RF2=9.15
χ=1.92
Для полного растворения железа был выполнен отжиг образцов при температуре
1050 oC в течение 8 часов. Индицирование полученных дифрактограм показало
наличие пиков основной фазы, фазы ZrSiO4 и фазы ZrO2. Пиков железа не
наблюдается. Полнопрофильное уточнение показало, что поведение параметров
решетки типично для дихалькогенидов, интеркалированных железом. Наблюдается
сжатие решетки в направление оси c до состава примерно Fe0.25ZrSe2, поле чего
наблюдается рост параметра c.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда и правительства
Свердловской области (проект № 24-23-20029, соглашение 5-24-МГ)
1. Titov A.N. et al., J. Phys. Chem. Lett. 9, 5183 (2018). 2. Shkvarina E.G. et al., J. Struct. Chem. Pleiades Publishing, 57, 710 2016). 3. Shkvarina E.G. et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 26, 15999 (2024).