Тепловое расширение кристалла InI
В интервалах температур 51-310 К экспериментально исследовано термическое расширение кристалла InI. Выявлена сильная анизотропия расширения.
Моноиодид индия Inl - материал детекторов ионизирующих излучений [1-4] и новый перспективный оптический материал дальнего ИК-диапазона [5]. Моноиодид индия кристаллизуется в ромбической сингонии, пр. группа Стст. Он конгруэнтно плавится при 365°С, достаточно химически устойчив и не гигроскопичен [6,7]. Температурные зависимости теплоемкости и теплопроводности InI проявляют [5] необычный характер. Параметры теплового расширения - одна из фундаментальных характеристик любого материала. Каких-либо сведений о тепловом расширении InI мы не обнаружили. Целью данной работы было экспериментальное исследование теплового расширения кристалла InI в широком температурном интервале.
DOI: 10.7868/S0869565216230134
ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Монокристаллы InI диаметром 12 мм выращены методом Бриджмена-Стокбаргера в отпаянных кварцевых ампулах из специально очищенной шихты [8]. Содержание примесей приведено в [5]. Для измерения теплового расширения кристалл растерли в порошок и спрессовали в таблетку. В качестве связующего использовался спиртовой раствор клея БФ-2. Межплоскостные расстояния измеряли по изменению положения дифракционных максимумов рентгеновского излучения на модернизированном рентгеновском аппарате ДРОН-3 с использованием специальной низкотемпературной камеры [9] (см. рис. 1) и автоматизированной системы задания и поддержания температуры собственной разработки (точность стабилизации ±0.1 К). В качестве хладагента использовали жидкий азот. Границы температурного диапазона измерений Tmin = 51 К и Tmax = 310 К.
Использовались брэгговские рефлексы от кристаллографических плоскостей (002), (200) и (060). Значения углов дифракции, вблизи которых проводили измерения, составляли соответственно 20 = 56.1°, 57.6° и 66.6°. Форма рефлексов флуктуировала с изменением температуры. Подходящих для использования рефлексов на больших углах выявить не удалось. Исследования проводили с применением рентгеновской трубки с хромовым анодом. Дифракционные максимумы, полученные от Kα₁- и Kα₂-излучений, не разделялись, поэтому в расчет брали средневзвешенное значение длины волны λср = 2.29092 Å.
Расчетная погрешность определения найденных из уравнения Вульфа-Брэгга межплоскостных расстояний не превосходила ±8 × 10⁻⁴ Å. Образец нагревали ступенчато со средним шагом по температуре ΔT = 8 К.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ
Параметры решетки a, b и c находили из межплоскостных расстояний d в соответствии с выражением:
При комнатной температуре (T = 300 К) они составили: a = 4.767 Å, b = 12.556 Å и c = 4.907 Å.
В графическом виде результаты определения температурной зависимости a, b и c представлены на рис. 2. Видно, что экспериментально определенные точки имеют значительный разброс относительно аппроксимирующих кривых. Это обстоятельство мы связываем с малостью углов дифракции и флуктуирующей формой рефлексов. Экспериментальные зависимости a(T), b(T) и c(T) были аппроксимированы полиномами третьей степени. Значения линейных коэффициентов термического расширения находили из выражения:
Результаты расчета а(7) представлены графи-чески на рис. 3.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в результате проведенных экспериментов установлено, что термическое расширение моноиодида индия резко анизотропно. Коэффициенты термического расширения при 51 К составляют (K⁻¹): αₐ = 8.3 × 10⁻⁶, αb = 1.1 × 10⁻⁵ и αc = 4.9 × 10⁻⁵, а при 300 К αₐ = 1.7 × 10⁻⁵, αb = 2.1 × 10⁻⁵ и αc = 7.2 × 10⁻⁵. По-видимому, анизотропия связана с влиянием неподеленной электронной пары ионов In+.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- 1. Shah K.S., Bennett P., Moy L.P., Misra M.M., Moses W.W. // Nuclear Instr. and Methods in Phys. Res. A. 1996. V. 380. P. 215-219.
- 2. Onodera T., Hitomi K., Shoji T. // IEEE Trans. Nucl. Sci. 2006. V. 53. Iss. 5. P. 3055-3059.
- 3. Bhattacharya P., Groza M., Cui Y., Ostrogorsky E. // J. Cryst. Growth. 2010. V. 312. P. 1228-1232.
- 4. Xu Z.-P., Wang Q., Zhang L., Chen F.-H., Wang Y.-Z., Ji L.-L. // Rengong Jingti Xuebao / J. Synth. Crystals. 2015. V. 44. Nº 6. P. 1460-1464.
- 5. Федоров П.П., Кузнецов С.В., Чувилина Е.Л., Гасанов А.А., Плотниченко В.Г., Попов П.А., Матовников А.В., Осико В.В. // ДАН. 2016. Т. 468. Nº 5. С. 512-516.
- 6. Федоров П.И., Акчурин Р.Х. Индий. М.: Наука, 2000. 276 с.
- 7. Федоров П.И., Малова Н.С., Денисов Ю.Н. // ЖНХ. 1976. T. 21. Nº 5. C. 1177-1179.
- 8. Гасанов А.А, Лобачев Е.А., Кузнецов С.В., Федоров П.П. // ЖНХ. 2015. T. 60. Nº 11. С. 1457-1460.
- 9. Сидоров А.А. Тепловое расширение, среднеквадратичные смещения и ангармонизм колебаний атомов Si, BNg, GaP и твердых полупроводниковых растворов систем (InP),(InAs)| -x› (GaAs),(InAs)1 - х в области 7-310 К по рентгеновским данным. Дис. канд. ф.-м. наук. Брянск: Брянский ГПИ, 1978. 224 с.
