PDF《Hg1~JCdyTe在高压下的结构 、》

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14,No.4 Dec. ,勿∝⒑ s c 哪报涮学Ⅲ理咖物οF压吼RU高Jο阢岖ⅢC第I0卷第4期 ⒛∞ 年⒓月文章编号:I【XX,-5773(2CX,0)00ˉ Oz98ˉ

00 Hg1~JCdyTe在高压下的结构 、 状态方程与相变 顾惠成 1,陈 良辰 I,褚 君浩 2,鲍 忠兴 l,3 刘克岳4,王 金义4,郑 康立4 (1,中 国科学院物理研究所 ,北京10∞ 80;

2.中 国科学院上海技术物理研究所红外物理 国家重点实验室 ,上海⒛∞83;

3.中 国科学院国际材料物理 中心 ,辽 宁沈阳 I1∞ 15;

4.华 北光电研究所 ,北京10∞ 15) 摘要 :利用X射线粉末衍射方法 ,在 室温高压下观察 到了 H⒏ ¨Cdt%(另0,19)的 相变.实 验是在 DAC高 压装工上完成的 ,压 力从 0逐 步加至 10.1GPa. 在常温常压下 H⒊ ~Ξ Cd≈ Te(功0.19) 具有闪锌矿结构.从实验结果看到 ,在 压力为 3GPa和6,8~8.3GPa之 间有两个结构相变存在.初 步认为 ,后 一个相变与 H巳¨Cd多Te(钅=0.19)的 金属化有密切关 系.通过计算 ,得 到了它在相变前 的状态方程 ,并且与二元 HgTe化 合物在相变规律上进行 了比较 . 关键词 :晶 体结构 ;

状 态方程 ;

相变;

X射 线衍射 中团分类号 :os21+.

2 文献标识码 :A 1引言HgCd%晶 体是一种 Ⅱˉ Ⅵ族三元化合物半导体 ,常 温常压下具有 闪锌矿结构.它是一种 能以任何 比例合成 的三元合金 ,调节比例 ,可 改变带隙(从0~1. 仉V). 它 的禁带宽度随温度 和压力而变 ,从 而能得到可控的禁带宽度 ,是 一种性能优 良的红外材料 . 最近 ,鲍忠兴等人 用 电阻测量发现 ,H铷 Cd孑Te(多0.19)的 电阻在 ⒛GPa内 出现了两 个极大值 ,而 且还发生 了两次突然下降.这两个 电阻极大值 的出现和两次 电阻突然下降分别 是 由于晶体内部的电子结构和原子结构的变化所引起的. 目前 ,国 际上对 Ⅱ-Ⅵ 族二元化合物 在高压下的行为研究得较多 ;

而 对三元化合物的研究 ,所 见报导很少.因此 ,研 究三元化合物 在高压下的行为是很有必要的. 2实验实验是在金刚石压砧装置(DAC)上 完成 的.用常规 x射 线衍射技术进行照相 ,从 而得到 晶面间距 d随 着压力 p变化的曲线 ,实 验压力达 10GPa. 本实验所用 的密封垫片是 q301材料,厚度约250umo封垫中心高压样 品窒直径 为300umo金 刚石 压砧 台面直径 为600umo用 收稿 日期 :1999-lzˉ 09;

修回日期 :2000ˉOsˉ 基金项 目:中 国科学院红外物理 国家重点实验室资助 作者简介 :顾 惠成(1舛0-),男 ,副 研究员 , 第 4期 顾忘成等 :Hgl~'

CdΞ Te在 高压下的结构 、 状态方程与相变 Mo的鸟线进行照相.准直管孔径为 140umo以Ar+激光器 的娴8nm激光线作激发光源 ,用 红宝石进行测压.在DAC上对H⒏ ¨Cd、 Te(彤=0.19)样 品加压后 ,用 X射 线衍射照相法对样 品进行 莎 p关 系的原位测量. 3结果用X射 线衍射照相法,得 到了H助 ,:1Cd. .19%晶体在常压下的6条 衍射线,分 别为:d(111)、 d(2⒛ )、 d(311)、 d(佃0)、 d(331)和d(422). 确定 了常温常压下 HgO. CdO.19%晶 体为 闪锌矿(zinc-B1ende)结构,并 根据计算 ,得 到晶格常数 @ 0.6 6nm. 晶面间距随压力的变化如表 1和图1所 示.由此得到 :(1)αmabar相 出现在 3CPa左右;

(2)NaC1相 出现在 6.8~8.3GPa之间;

(3)相 变是可逆的.H助.:1Cd. .【 9%晶 体的体积随压力变 化关系如图 2所示. o4 zb(111) … aCl(200) z.b.(220) ⒒ 9N町口20) zb 亻311 争备跚⌒臼ˇΦ0~G甲丶l暑o

75 P/CGPa) 图1Hg【 ~tCd'

%(拓=0.I9)的 晶面间距随压力变化 图2∏gJ Observ叫d-space versus press e Ⅱ g,2

5 p/(GPa) H⒏ ~ Cd多Te(钅0.19)的 体积随压力变化 曲线 Vdume versus pressure of Hg,¨ Cd氵Te(拓=0,19) 因为 H助,:1Cd. .1g%晶 体在 0~10GPa压 力范围内分别发生了两个相变 ,所 以在此压力范围 必须用 3个 状态方程来描述 Hg. .:1Cd. .19%晶 体的状态.但 由于在 3.0GPa压 力附近 ,可 能有一 压力范围很小 区域 的混合相 ,以及在6.8~8.3GPa范围内也 存在混合相 ,故不宜在 3.0~ 6.8GPa和6.8~10.1GPa压 力范围内给 出合适 的状态方程.所 以我们用 H⒍ ⑷ 程序 ,拟 合状 态方程 -Δ //‰ Gp+Ⅱ2,得到 0~3,0GPa压 力范围内(zinc-Blende结构)的 状态方程及其 体弹模量 B. 和体弹模量的压力导数BO′ - 【 ///. 0.03817p ˉ0.006320p2 B. = 1/J/ 26. 2C1t,7GPa BO′ -2b/J,2-1 = 7.6767 第⒕卷300 表1IgO.mCdO, Te的P、 d和y/%数据Taue1 P,d amd y/%mm for HgO,臼1cJO.⒆ Te J J′ P /(nln) /(nm) /(GPa) (l11) (1. 2) J′ J J J /(nm) /(nm) /(nm) /(nm) (110) (220) (31I) (400) d J Lat刂°eoonstants /(nm) /(nm) . c y/% //% (331) (422) /(nm) /(nm) o 0.37566 -ˉ I.5 0,370I9 -ˉ ˉ ˉ 0.22985 0,19603 0.16232 ˉ - 0.22594 0. I9290 o.

14793 0.13130 0.65066 -ˉ

1 o.64I19 -ˉ 0.9570 3.0 0.36830 0.30496 0.22424 0.22424 0.19525 o.63791 -ˉ o.9424 0.8304 o.44848 0.98491 d′ d″ d'

d″ ^缸)1留彳留彳 :∶ :彳留 /JL) /(廴)/% ′ /% 4.7 0,30239 -ˉ 6.3 0.29963 -ˉ 6.8 0.30038 0,30038 o.21931 -ˉ o.21748 -- o.21694 0.2I694 o,43862 0.99929 0.8059 o.43496 0.98882 0.7842 o.43388 0.99996 ..7:9. 0.7871 o,ml96 ― d″ d″ ^∶ 饣h)彳留彳留/(nm) /(nm) ′/% 8.3 0.29388 0.21335 IO. l O. 29tnl O. 2o687 o.58776 -ˉ o.58120 -ˉ o.

7371 o.7127 4讨论本实验 中所观测到的从 乙nc~Blende相 变成 αnnabar相 和从 ⒍mabar相 变成 Nacl相 ,与 电 阻测量 中所观测到的两次突然下降分别相对应.在 电阻测量 中,两次电阻突然下降的压力为 2GPa左 右和 8.6GPa以上.由于测量方法不一样 ,所 观测到的相变压力会有些差别. NgCl相的出现 导致 HgO. :1CdO. 19%晶体的金属化.从 电阻测 量可以看 到 ,当 压力 大于8.6GPa以后,H助.:∶ Cd. .⒚ Te样 品已由半导体变成 了导体 ,发生了金属化相变.从 X射 线衍射 测量可以看到 ,此 时样品已由 αm曲ar结 构变成 Nacl结构.所以 Nacl相 的出现导致了 HgO. :r CdO. 19Te晶 体的金属化. 常温常压下的闪锌矿结构在 3CPa下 相变至 αmabar结 构时 ,伴 有体积突变.根据计算 , 从闪锌矿结构相变至 Gnn曲ar结 构时 ,体 积减少了 1I.2%. 从αnnab盯 结构相变至 Nacl结构,未见体积明显变化. 三元 HgO.:1Cd. .19%和 二元 HgTe(及Cd%)化 合物在高压下 的相变规律基本相 同:H助.g1・ Cd. .19%晶 体的相变规律和一般 Ⅱˉ Ⅵ族化合物的相变规律相符合[2],即乙nc~Blende→ Gnnabar →NaCl. 有文献D)报导,随 着压力的进一步提高 ,HgTe晶 体相变过程为 :Nacl→ 0⒒horhombic→ Disordered Bodyˉ Ce ered Cubic stmcture. 但相变压力不同[3]:在0~10GPa压 力范 围内,HgTe的 结构变化为 :从乙nc~Blende到Cinnab巳 r再 到Rocksdt,分 别在 1.4GPa和8GPa;

而HgO.:1Cd. .1gTe 第 4期 顾惠成等 :Hgl~'

Cd'

%在 南压下的结构 、 状态方........