Структурные неоднородности и электронные эффекты в самоорганизованных структурах типа ядро-оболочка Sb

Т.В. Куликова1, Л.А. Битюцкая1, А.В. Тучин1, Е.В. Лисов2, С.И. Нестеров2, А.А. Аверин3, Б.Л. Агапов4
1Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения высшего образования «Воронежский государственный университет» 394018 г.Воронеж Университетская пл. д.1
2Группа компаний НТ-МДТ Спектрум Инструментс 124460, г. Москва, г. Зеленоград, 4922-й проезд, д. 4, стр. 3
3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук 119071 г.Москва Ленинский проспект д.31
4Центр коллективного пользования научным оборудованием Воронежского государственного университета 394018 г.Воронеж Университетская пл. д.1

Аннотация

-Проведена морфологическая и электрофизическая характеризация массива сфероидальных структур типа ядро-оболочка на основе сурьмы в интервале размеров 10-4 – 10-6 м, полученных в одностадийном процессе в результате спонтанной кристаллизации расплава. Полученные структуры сурьмы химически, морфологически и функционально устойчивы при длительном хранении на открытом воздухе и не образуют агломератов. Показано, что полученные структуры можно рассматривать как представителя нового типа оболочечных структур в ряду самоорганизованных структур из слоистого прекурсора. Структуры состоят из разных форм одного и того же вещества: ядро представляет собой монокристаллическую серую сурьму, оболочка – деформированную 2D пленку. По сумме полученных морфологических и спектральных данных оболочку сфероидальной структуры сурьмы можно рассматривать как квазинезависимую покровную пленку переменной толщины, содержащую структурные неоднородности в виде аллотропов сурьмы - дефектных антимоненовых нанослоев с высокой долей граничных атомов и оборванных связей. Структурная неоднородность нанооболочки приводит к возникновению электронных эффектов: локализованного зарядового контраста, возникающего при воздействии электронного пучка, обычно характерного для диэлектрических материалов; наличию проводящих и непроводящих областей на поверхности оболочки; электростатическому взаимодействию отдельных частиц сурьмы между собой, а также с полимерами и металлами; способности накапливать избыточный заряд и сохранять его длительное время. Изменение свойств нанооболочки сфероидальной структуры сурьмы типа ядро-оболочка можно рассматривать как следствие ее деформированной структуры. Таким образом, результаты настоящей работы можно рассматривать как экспериментальное подтверждение предсказанной возможности управления свойствами аллотропов сурьмы деформационными воздействиями.

Получена: 13 июля 2017   Исправлена: 19 сентября 2017   Принята: 19 сентября 2017

Просмотры: 4   Загрузки: 2

Ссылки

1.
R. Tenne, R. Rosentsveig, A. Zak. Phys. Status Solidi A. 210 (11), 2253 – 2258 (2013), DOI: 10.1002/pssa.201329309
2.
C. N. R. Rao, M. Nath. Dalton Transactions. 1, 1 – 24 (2003), DOI: 10.1039/B208990B
3.
G. Compagnini, M. G. Sinatra, G. C. Messina, G. Patane, S. Scalese, O. Puglisi. Applied Surface Science. 258 (15), 5672 – 5676 (2012), DOI:10.1016/j.apsusc.2012.02.053
4.
R. Tenne. Frontiers of Physics 9 (3), 370 – 377 (2014), DOI:10.1007/s11467‑013‑0326‑8
5.
B. Kalska-Szostko, U. Wykowska, D. Satuła. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 481, 527 – 536 (2015), DOI: 10.1016/j.colsurfa.2015.05.040
6.
A. V. Nomoev, S. P. Bardakhanov, M. Schreibe, D. G. Bazarova, N. A. Romanov, B. B. Baldanov, B. R. Radnaev, V. V. Syzrantsev. Beilstein J. Nanotechnol. 6, 874 – 880 (2015), DOI:10.3762/bjnano.6.89
7.
F. Weis, M. Seipenbusch, G. Kasper, Film Growth. Materials 8 (3), 966 – 976 (2015), DOI:10.3390/ma8030966
8.
H. J. Choi, W. L. Zhang, S. Kim, Y. Seo. Materials 7 (11), 7460 – 7471 (2014), DOI:10.3390/ma7117460
9.
R. G. Chaudhuri, S. Paria. Chem. Rev. 112 (4), 2373 – 2433 (2012), DOI: 10.1021/cr100449n
10.
N. C. Norman. Chemistry of Arsenic, Antimony and Bismuth. Springer Science+Business Media B. V., Springer Netherlands. (1998) 484 p.
11.
J. Donohue. The Structures of the Elements. John Wiley, New York. (1974) 436 p.
12.
J. J. Zuckerman, A. P. Hagen. Inorganic Reactions and Methods, The Formation of Bonds to N, P, As, Sb, Bi. WILEY-VCH. (1988) 385 p.
13.
C. Kamal, Motohiko Ezawa. Phys. Rev. B. 91, 085423 (2015), DOI: 10.1103/PhysRevB.91.085423
14.
W. Xu, P. Lu, L. Wu, C. Yang, Y. Song, P. Guan, L. Han, S. Wang. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 23 (1), 9000305 (2017), DOI: 10.1109/JSTQE.2016.2593106
15.
A. Carvalho, M. Wang, X. Zhu, A. S. Rodin, H. Su, A. H. Castro Neto.Nature Reviews Materials. 1, 16061 (2016), DOI:10.1038/natrevmats.2016.61
16.
A. Castellanos-Gomez, L. Vicarelli, E. Prada, J. O. Island, K. L. Narasimha-Acharya, S. I. Blanter, D. J. Groenendijk, M. Buscema, G. A. Steele, J. V. Alvarez, H. W. Zandbergen, J. J. Palacios, H. S. J van der Zant. 2D Materials. 1, 025001 (2014), DOI:10.1088/2053-1583/1/2/025001
17.
S. Bagheri, N. Mansouri, E. Aghaie. International Journal of Hydrogen Energy. 41 (7), 4085 – 4095 (2016), DOI:10.1016/j.ijhydene.2016.01.034
18.
O. Uzengi Akturk, V. Ongun Ozcelik, S. Ciraci.Physical Review B. 91, 235446 (2015), DOI: 10.1103/PhysRevB.91.235446
19.
Y. Xu, B. Peng, H. Zhang, H. Shao, R. Zhang, H. Lu, D. Wei Zhang, H. Zhu. (2016), arXiv:1604.03422
20.
C. Huo, X. Sun, Z. Yan, X. Song, S. Zhang, Z. Xie, J. Liu, J. Ji, L. Jiang, S. Zhou, H. Zeng. J. Am. Chem. Soc. 139 (9), 3568 – 3568 (2017), DOI: 10.1021/jacs.6b08698
21.
P. Ares, F. Aguilar-Galindo, D. Rodríguez-San-Miguel, D. A. Aldave, S. Díaz-Tendero, M. Alcamí, F. Martín, J. Gómez-Herrero, F. Zamora. Adv. Mater. 28 (30), 6332 – 6336 (2016), DOI: 10.1002/adma.201602128
22.
S. Zhang, Z. Yan, Y. Li, Z. Chen, H. Zeng. Angew. Chem. Int. Ed. 54, 1 – 5 (2015), DOI: 10.1002/anie.201411246
23.
P. Zhang, Z. Liu, W. Duan, F. Liu, J. Wu. Physical Review B. 85, 201410 (R) (2012), DOI: 10.1103/PhysRevB.85.201410
24.
G. Bian, T. Miller, T.‑C. Chiang. Physical Review Letters PRL. 107, 036802 (2011), DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.036802
25.
S. H. Kim, K-H. Jin, J. Park, J. S. Kim, S-H. Jhi, H. W. Yeom. Scientific Reports. 6, 33193 (2016), DOI: 10.1038/srep33193
26.
G. Yao, Z. Luo, F. Pan, W. Xu, Y. P. Feng, X-S. Wang. Scientific Reports. 3, 2010 (2013), DOI: 10.1038/srep02010
27.
J. Liang, L. Cheng, J. Zhang, H. Liu. (2015), arXiv:1502.01610
28.
Y. Nie, M. Rahman, D. Wang, C. Wang, G. Guo. Scientific Reports. 5, 17980 (2015), DOI: 10.1038/srep17980
29.
S. Zhang, M. Xie, B. Cai, H. Zhang, Y. Ma, Z. Chen, Z. Zhu, Z. Hu, H. Zeng. Physical Review B. 93, 245303 (2016), DOI: 10.1103/PhysRevB.93.245303
30.
K.‑H. Jin, S.‑H. Jhi. Scientific Reports. 5, 8426 (2015), DOI: 10.1038/srep08426
31.
T. V. Kulikova, L. A. Bityutskaya, A. V. Tuchin, A. A. Averin. Journal of Advanced Materials. 3, 5 – 13 (2017). (in Russian) [Т. В. Куликова, Л. А. Битюцкая, А. В. Тучин, А. А. Аверин. Перспективные материалы. 3, 5 – 13 (2017)]
32.
T. V. Kulikova, L. A. Bityutskaya. Condensed Matter and Interphases 18 (1), 61 – 66 (2016). (in Russian) [Т. В. Куликова, Л. А. Битюцкая. Конденсированные среды и межфазные границы. 18 (1), 61 – 66 (2016)]
33.
J. Goldstein, D. E. Newbury, D. C. Joy, C. E. Lyman, P. Echlin, E. Lifshin, L. Sawyer, J. R. Michael. Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. Springer US, New York. (2003) 689 p.
34.
J. Ji, X. Song, J. Liu, Z. Yan, C. Huo, S. Zhang, M. Su, L. Liao, W. Wang, Z. Ni, Y. Hao, H. Zeng. Nature Communications. 7, 13352 (2016), DOI: 10.1038/ncomms13352
35.
N. Zhang, Y. Liu, Y. Lu, X. Han, F. Cheng, J. Chen. Nano Research. 8 (10), 3384 – 3393 (2015), DOI: 10.1007/s12274‑015‑0838‑3
36.
T. Ramireddy, Md. Mokhlesur Rahman, T. Xing, Y. Chen, A. M. Glushenkov. J. Mater. Chem. A. 2, 4282 – 4291 (2014), DOI: 10.1039/c3ta14643j
37.
H. Lv, S. Qiu, G. Lu, Y. Fu, X. Li, C. Hu, J. Liu. Electrochimica Acta. 151, 214 – 221 (2015), DOI: 10.1016/j.electacta.2014.11.013
38.
G. Wang, R. Pandey, S. P. Karna. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7 (21), 11490 – 11496 (2015), DOI: 10.1021/acsami.5b02441
39.
A. A. Ashcheulov, O. N. Manyk, T. O. Manyk, S. F. Marenkinb, V. R. Bilynskiy-Slotylo. Inorganic Materials. 49 (8), 766 – 769 (2013), DOI: 10.1134/S0020168513070017
40.
M. Zhao, X. Zhang, L. Li. Scientific Reports. 5, 16108 (2015), DOI: 10.1038/srep16108