ФАЗООБРАЗОВАНИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ В СИСТЕМЕ W-Se-Cr(Fe)

Кипяткова В.М., Шерокалова Е.М.

Уральский федеральный университет

620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19

Объемный WSe₂ – это полупроводник с непрямой запрещенной зоной (1,2 эВ), отличающийся высоким коэффициентом поглощения и фотостабильностью. Данный полупроводниковый материал обладает непрямой запрещенной зоной и может быть легирован как донорными (n-тип), так и акцепторными (p-тип) примесями. Благодаря своим свойствам диселенид вольфрама является перспективным материалом для применения в области фотоники, оптоэлектроники, электрохимии. Одними из методов изменения свойств данного соединения являются интеркалация и замещение. В литературе имеется значительное количество работ, посвященных успешному замещению как по катионной (M_xW_1-xSe₂; M = Nb, Mo), так и по анионной подрешеткам (W(Ch_xSe_(1-x))₂; Ch = S, Te) диселенида вольфрама. Представлены результаты теоретических расчётов кристаллографических параметров и магнитных свойств соединений M_xWSe₂ (M – переходный металл группы железа) [1-2]. В частности, предсказано существование устойчивых соединений Cr_0.25WSe₂ и Fe_0.25WSe₂ с температурой Кюри 225 К и Нееля 337 К соответственно. Экспериментальные подтверждения возможности интеркалации диселенида вольфрама на сегодняшний день отсутствуют.

В данной работе из чистых элементов W, Se, Cr, Fe методом твердофазных реакций в вакууме проведён синтез материалов Cr_0.25WSe₂ и Fe_0.25WSe₂. Результаты рентгенофазового анализа показали, что оба материала содержат фазы WSe₂ и W, а также Cr_0.68Se (в образце Cr_0.25WSe₂) и FeSe (Fe_0.25WSe₂). Следовательно, мы не получили интеркалатных материалов, но так как кристаллографические параметры полученных фаз практически не отличаются от значений в чистых соединениях, то полученные материалы можно рассматривать как композиты. Проведены измерения температурных зависимостей электросопротивления, а также магнитных характеристик. Установлено, что оба образца имеют магнитные фазовые переходы: T ~ 90 К для образца с добавлением хрома, T ~ 115 К для образца с добавлением железа. Температурные зависимости электросопротивления существенно различаются: температурный коэффициент сопротивления положителен для Fe_0.25WSe₂ и отрицателен (как и для WSe₂) для Cr_0.25WSe₂. На зависимости ρ(Т) железосодержащего композита наблюдается переход в сверхпроводящее состояние при T_sc ~ 10 К, вероятно благодаря входящей в его состав фазе на основе FeSe, имеющей T_sc ~ 8 К.

1. Kumar P., Skomski R., Pushpa R. Magnetically Ordered Transition-Metal-Intercalated WSe2 // ACS Omega. 2017. Vol. 2, P. 7985-7990

2. Reyntjiens P.D. et al. Magnetic properties and critical behavior of magnetically intercalated WSe₂: a theoretical study // 2D Mater. 2021. Vol. 8, P. 025009