(PbSe)TiSe異性体の合成と特性評価

Synthesis and Characterization of [(PbSe)][TiSe] Isomers.

• Danielle M Hamann
• Sage R Bauers
• Aaron M Miller
• Jeffrey Ditto
• Daniel B Moore
• David C Johnson

抄録

本研究では、特定の異性体を直接形成するために前駆体のナノアーキテクチャを利用した低温合成アプローチによる一連の[(PbSe)][TiSe]異性体の調製を紹介する。目的とする異性体は、前駆体が各元素の適切な量を持っていない場合でも形成された。このことは、前駆体の正確な組成は、化合物の形成を指示する上でナノアーキテクチャよりも重要ではないことを示唆している。堆積時の回折データは、堆積中に異性体が形成され始めることを示し、スペキュラー回折パターンにはPbSeとTiSeに加えてTiSeが存在することを示している。HAADF-STEM画像は、整数個の標的異性体ユニットセルの上下に不純物層が存在することを明らかにしている。構造データから、TiSeはSeが初期のTi層上に堆積して形成され、異性体の自己組織化を通して残ることが示唆されている。成長の間、異性体は、TiとPbの局所的な供給を枯渇させ、成長前線に向かって追加の陽イオンを駆動する拡散勾配を作成し、Pbの供給が枯渇した後、TiSeとTiOの表面不純物層を残します。堆積された積層配列は、目的とする異性体を直接的に形成しますが、前駆体の層あたりの材料の不足と不純物層の形成のために、意図したよりも少ない繰り返し単位が形成されます。すべての異性体は、電子が大多数のキャリアであることを示す負のホール係数およびゼーベック係数を有する。異性体のキャリア濃度と導電率は、隣接する層間の電荷供与の結果として、単位セル内の界面の数に応じて増加する。キャリア濃度と移動度の温度依存性が逆であることから、抵抗率は50Kから100Kの間で最小値を示す。

This work presents the preparation of a series of [(PbSe)][TiSe] isomers via a low temperature synthesis approach that exploits precursor nanoarchitecture to direct formation of specific isomers. The targeted isomers formed even when the precursors did not have the correct amount of each element to make a unit cell from each repeating sequence of elemental layers deposited. This suggests that the exact composition of the precursors is less important than the nanoarchitecture in directing the formation of the compounds. The as-deposited diffraction data show that the isomers begin to form during the deposition, and TiSe, in addition to PbSe and TiSe, are present in the specular diffraction patterns. HAADF-STEM images reveal impurity layers above and below an integer number of targeted isomer unit cells. The structural data suggest that TiSe forms as Se is deposited on the initial Ti layers and remains throughout isomer self-assembly. During growth, the isomers deplete the local supply of Ti and Pb, creating diffusion gradients that drive additional cations toward the growth front, which leaves surface impurity layers of TiSe and TiO after the supply of Pb is exhausted. The deposited stacking sequences direct formation of the targeted isomers, but fewer repeating units form than intended due to the lack of material per layer in the precursor and formation of impurity layers. All isomers have negative Hall and Seebeck coefficients, indicating that electrons are the majority carrier. The carrier concentration and conductivity of the isomers increase with the number of interfaces in the unit cell, resulting from charge donation between adjacent layers. The opposite variation of the carrier concentration and mobility with temperature result in minima in the resistivity between 50 and 100 K. The very weak temperature dependence of the carrier concentration likely results from changes in the amount of charge transfer between the layers with temperature.