زرنيخيد الكادميوم

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

زرنيخيد الكادميوم ( Cd3As2 ) هو شبه فلز غير عضوي من عائلة II-V . وهو يُظهر تأثير نيرنست .

ملكيات

حراري

يتفكك Cd 3 As 2 بين 220 و 280  درجة مئوية وفقًا للتفاعل [ 4 ].

2 Cd 3 As 2 (s) → 6 Cd(g) + As 4 (g)

تم رصد حاجز طاقة لتبخر الزرنيخ غير المتكافئ نتيجةً لعدم انتظام الضغوط الجزئية مع تغير درجة الحرارة. ويتراوح نطاق فجوة الطاقة بين 0.5 و 0.6 إلكترون فولت. ينصهر مركب Cd₃As₂ عند 716 درجة مئوية ويتحول طوره عند 615 درجة مئوية/ [ 5 ]  

التحول الطوري

يخضع زرنيخيد الكادميوم النقي لعدة تحولات طورية عند درجات حرارة عالية، مما يؤدي إلى ظهور أطوار مصنفة على أنها α (مستقرة)، α'، α" (شبه مستقرة)، و β. [ 6 ] عند 593 درجة مئوية يحدث التحول متعدد الأشكال α → β.

α-Cd 3 As 2 ↔ α'-Cd 3 As 2 يحدث عند ~500 K.
يحدث التحول α'-Cd 3 As 2 ↔ α'-Cd 3 As 2 عند درجة حرارة ~742 كلفن وهو تحول طور منتظم من الدرجة الأولى مع حلقة تخلف ملحوظة.
α"-Cd 3 As 2 ↔ β-Cd 3 As 2 يحدث عند 868 K.

استُخدم حيود الأشعة السينية على بلورة مفردة لتحديد معلمات الشبكة البلورية لمركب Cd₃As₂ بين 23 و700 درجة  مئوية. يحدث التحول α → α′ ببطء، ولذلك يُرجح أنه طور وسيط. يحدث التحول α′ → α″ أسرع بكثير من α → α′، ويتميز بتخلف حراري ضئيل للغاية . يؤدي هذا التحول إلى تغيير في المحور الرباعي للخلية الرباعية، مما يُسبب توأمة بلورية . عرض الحلقة مستقل عن معدل التسخين، على الرغم من أنه يضيق بعد عدة دورات حرارية. [ 7 ]

إلكتروني

يتميز مركب زرنيخيد الكادميوم بضغط بخاري أقل (0.8 ضغط جوي) من كلٍّ من الكادميوم والزرنيخ على حدة. ولا يتحلل زرنيخيد الكادميوم عند تبخيره وإعادة تكثيفه. يتراوح تركيز حاملات الشحنة في Cd₃As₂ عادةً بين (1-4)×10¹⁸ إلكترون /سم³ . وعلى الرغم من ارتفاع تركيز حاملات الشحنة، فإن حركية الإلكترونات فيه عالية جدًا أيضًا (تصل إلى 10000 سم² / (فولت·ثانية) عند درجة حرارة الغرفة). [ 8 ] 

في عام 2014، تبيّن أن Cd₃As₂ مادة شبه فلزية تُشابه الجرافين، وتوجد في شكل ثلاثي الأبعاد ، ما يُسهّل تشكيلها في الأجهزة الإلكترونية. [ 9 ] [ 10 ] تُعدّ أشباه فلزات ديراك الطوبولوجية ثلاثية الأبعاد (TDSs) نظائرًا صلبة للجرافين ، وتُظهر أيضًا طوبولوجيا غير بديهية في بنيتها الإلكترونية، تتشابه مع العوازل الطوبولوجية. علاوة على ذلك، يُمكن تحويل TDS إلى أطوار أخرى غير مألوفة (مثل أشباه فلزات فايل، وعوازل الأكسيون، والموصلات الفائقة الطوبولوجية ) . كشف التحليل الطيفي لانبعاث الإلكترونات الضوئية المُحلّل بالزاوية عن زوج من فرميونات ديراك ثلاثية الأبعاد في Cd₃As₂ . بالمقارنة مع TDSs ثلاثية الأبعاد الأخرى، مثل β-كريستوباليت BiO₂2 وNa3Bi، Cd3As2مستقرولهسرعات فيرمي أعلى بكثير. تم استخدام التطعيم الموضعي لضبط طاقة فيرمي الخاصة به . [ 10 ]

إجراء

يُعدّ زرنيخيد الكادميوم شبه موصل من النوع II-V، يتميز بموصلية ذاتية من النوع n ، مع حركية عالية، وكتلة فعّالة منخفضة، ونطاق توصيل غير مكافئ، أو ما يُعرف بشبه الموصل ذي الفجوة الضيقة . ويُظهر بنية نطاق معكوسة، وفجوة الطاقة الضوئية (Δg ) أقل من الصفر. عند ترسيبه بالتبخير الحراري ، يُظهر زرنيخيد الكادميوم ظاهرة شوتكي ( الانبعاث الحراري ) وتأثير بول-فرانكل عند المجالات الكهربائية العالية. [ 11 ]

المقاومة المغناطيسية

يُظهر زرنيخيد الكادميوم تذبذبات كمومية قوية للغاية في المقاومة حتى عند درجة الحرارة العالية نسبيًا البالغة 100 كلفن. [ 12 ] وهذا يجعله مفيدًا لاختبار الأنظمة المغناطيسية المبردة حيث أن وجود مثل هذه الإشارة القوية هو مؤشر واضح على الوظيفة.

تحضير

رسم تخطيطي لنمو بلورات Cd3As2 باستخدام فرن الألومينا . [ 1 ]

يمكن تحضير زرنيخيد الكادميوم على شكل زجاج شبه موصل غير متبلور . وفقًا لهيسكوك وإليوت [ 5 ] ، تم تحضير زرنيخيد الكادميوم من معدن الكادميوم، بنقاوة 6N من مختبرات كوك-لايت المحدودة. وقد وفرت شركة هوبوكين زرنيخ بيتا بنقاوة 99.999%. تم تسخين نسب متكافئة من عنصري الكادميوم والزرنيخ معًا. كان الفصل صعبًا وطويلًا نظرًا لالتصاق السبائك بالسيليكا وتكسرها. تم ابتكار طريقة ستوكبارجر للنمو المغلف بسائل. تُسحب البلورات من مصهورات متطايرة في عملية تغليف سائل. يُغطى المصهور بطبقة من سائل خامل، عادةً ما يكون أكسيد البورون (B₂O₃) ، ويُطبق ضغط غاز خامل أعلى من ضغط بخار التوازن. هذا يمنع التبخر من المصهور ، مما يسمح بحدوث عملية التلقيح والسحب عبر طبقة أكسيد البورون .

البنية البلورية

الخلية الأولية لمركب Cd₃As₂ رباعية الأضلاع ، إما بتمركز بدائي أو بتمركز الجسم، وذلك تبعًا للشكل البلوري. [ 2 ] [ 13 ] أيونات الزرنيخ متراصة في بنية مكعبة ، بينما أيونات الكادميوم رباعية التنسيق. وقد حفزت المواقع الرباعية السطوح الشاغرة بحثًا أجراه فون ستاكلبرغ وباولوس (1935)، اللذان حددا البنية الأولية. يُحاط كل أيون زرنيخ بأيونات الكادميوم عند ستة من أركان مكعب مشوه الثمانية، بينما يقع الموقعان الشاغران على القطرين. [ 2 ]

يتشابه التركيب البلوري لزرنيخيد الكادميوم إلى حد كبير مع تركيب فوسفيد الزنك (Zn₃P₂ ) ، وأرسينيد الزنك (Zn₃As₂ ) ، وفوسفيد الكادميوم (Cd₃P₂ ) . وتُظهر هذه المركبات، التي تنتمي إلى النظام الرباعي Zn -Cd-P-As، محلولاً صلباً متصلاً تماماً . [ 14 ]

تأثير نيرنست

يُستخدم زرنيخيد الكادميوم في كواشف الأشعة تحت الحمراء التي تعتمد على تأثير نيرنست، وفي مستشعرات الضغط الديناميكية ذات الأغشية الرقيقة . كما يمكن استخدامه في صناعة المقاومات المغناطيسية ، وفي الكواشف الضوئية . [ 15 ]

يمكن استخدام زرنيخيد الكادميوم كمادة مضافة لـ HgCdTe .

مراجع

  1. 1 2 3 سانكار، ر.؛ نيوبان، م.؛ شو، س.-ي.؛ بتلر، س. ج.؛ زيلجكوفيتش، إ.؛ بانير موثوسيلفام، إ.؛ هوانغ، ف.-ت.؛ غو، س.-ت.؛ كارنا، سونيل ك.؛ تشو، م.-و.؛ لي، و. ل.؛ لين، م.-ت.؛ جايافيل، ر.؛ مادهافان، ف.؛ حسن، م. ز.؛ تشو، ف. س. (2015). " نمو بلورة مفردة كبيرة، وخصائص النقل، والخصائص الطيفية لشبه فلز ديراك ثلاثي الأبعاد Cd3As2 " . التقارير العلمية . 5 12966. Bibcode : 2015NatSR ...512966S . doi : 10.1038/srep12966 . PMC 4642520 . PMID 26272041 .  
  2. 1 2 3 4 علي، م.ن .؛ جيبسون، ك.؛ جيون، س.؛ تشو، ب.ب.؛ يزداني، أ.؛ كافا، ر.ج. (2014). "البنية البلورية والإلكترونية لـ Cd3As2 ، النظير الإلكتروني ثلاثي الأبعاد للجرافين". الكيمياء اللاعضوية . 53 (8): 4062-4067 . arXiv : 1312.7576 . doi : 10.1021/ic403163d . PMID 24679042 . 
  3. 1 2 3 دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حول المخاطر الكيميائية. "#0087" . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  4. ↑ ويستمور، جيه بي؛ مان، كيه إتش؛ تيكنر، إيه دبليو (1964). "دراسة مطيافية الكتلة للتبخر غير المتكافئ لزرنيخيد الكادميوم 1 ". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 68 (3): 606-612 . doi : 10.1021/j100785a028 .
  5. 1 2 هيسكوكس، إس إي آر؛ إليوت، سي تي ( 1969). "حول تحضير ونمو وخواص Cd3As2 " . مجلة علوم المواد . 4 (9): 784-788 . Bibcode : 1969JMatS...4..784H . doi : 10.1007 /BF00551073 . S2CID 136483003 . 
  6. ↑ بييتراسكو، أ.؛ لوكاشيفيتش ، ك. (1969). "تحسين البنية البلورية لـ α"-Cd3As2 " . مجلة أكتا كريستالوغرافيكا، القسم ب . 25 (5): 988-990 . doi : 10.1107/S0567740869003323 .
  7. ↑ بييتراسكو ، أ.؛ لوكاشيفيتش، ك . (1973). "التمدد الحراري والتحولات الطورية لـ Cd3As2 و Zn3As2 " . Physica Status Solidi A. 18 ( 2): 723–730 . Bibcode : 1973PSSAR..18..723P . doi : 10.1002 / pssa.2210180234 .
  8. ^ Dowgiałło-Plenkiewicz، B.؛ بلينكيفيتش، ب. (1979). “بنية النطاق المقلوب لـ Cd 3 As 2 ”. الحالة الفيزيائية Solidi B . 94 (1): ك57 – ك60. بيب كود : 1979PSSBR..94...57D . دوى : 10.1002/pssb.2220940153 .
  9. ↑ نيوبان، م.؛ شو، س.ي.؛ سانكار، ر.؛ أليدوست، ن.؛ بيان، ج.؛ ليو، س.؛ بيلوبولسكي، إ.؛ تشانغ، ت.ر.؛ جينغ، هـ.ت.؛ لين، هـ.؛ بانسيل، أ.؛ تشو، ف.؛ حسن، م.ز. (2014). "ملاحظة طور شبه فلز ديراك طوبولوجي ثلاثي الأبعاد في Cd3As2 عالي الحركة " . نيتشر كوميونيكيشنز . 5 : 3786. arXiv : 1309.7892 . Bibcode : 2014NatCo ...5.3786N . doi : 10.1038/ncomms4786 . PMID 24807399 . 
  10. 1 2 ليو، زد كيه؛ جيانغ، جيه؛ تشو، بي؛ وانغ، زد جيه؛ تشانغ، واي؛ وينغ، إتش إم؛ برابهاكاران، دي؛ مو، إس كيه؛ بينغ، إتش؛ دودين، بي؛ كيم، تي؛ هوش، إم؛ فانغ، زد؛ داي، إكس؛ شين، زد إكس؛ فينغ، دي إل؛ حسين، زد؛ تشين، واي إل (2014). "شبه فلز ديراك طوبولوجي ثلاثي الأبعاد مستقر Cd3As2 " . مجلة نيتشر ماتيريالز . 13 (7): 677-81 . Bibcode : 2014NatMa..13..677L . doi : 10.1038/nmat3990 . PMID 24859642 . 
  11. ↑ دين، م.؛ غولد، ر.د. (2006). "قياسات مقاومة فان دير باو على أغشية رقيقة مُبخّرة من زرنيخيد الكادميوم، Cd3As2 " . مجلة علوم الأسطح التطبيقية . 252 (15): 5508-5511 . Bibcode : 2006ApSS..252.5508D . doi : 10.1016/j.apsusc.2005.12.151 .
  12. ↑ نارايانان، أ.؛ واتسون، م.د.؛ بليك، س.ف.؛ بروينت، ن.؛ دريغو، ل.؛ تشين، ي.ل.؛ برابهاكاران، د.؛ يان، ب.؛ فيلسر، س.؛ كونغ، ت.؛ كانفيلد، ب.س .؛ كولديا، أ.إ. (19 مارس 2015). "المقاومة المغناطيسية الخطية الناتجة عن تقلبات الحركة في المواد المطعمة بـ". رسائل المراجعة الفيزيائية . 114 (11) 117201. arXiv : 1412.4105 . doi : 10.1103/PhysRevLett.114.117201 . PMID 25839304. S2CID 35607875 .  
  13. ↑ كيم، هـ.؛ غويال، م.؛ سلمان رضائي، س.؛ شومان، ت.؛ باردو، ت.ن.؛ زو، ج.م.؛ ستيمر، س. (2019). "تحديد تناظر المجموعة النقطية للأغشية الرقيقة من زرنيخيد الكادميوم بواسطة حيود الإلكترون ذي الحزمة المتقاربة" . مجلة Physical Review Materials . 3 084202. arXiv : 1908.05734 . doi : 10.1103/PhysRevMaterials.3.084202 .
  14. ↑ تروخان، ف.م.؛ إيزوتوف، أ.د.؛ شوكافايا، ت.ف. (2014). "مركبات ومحاليل صلبة لنظام الزنك-كادميوم-فوسفور-زرنيخ في إلكترونيات أشباه الموصلات". المواد غير العضوية . 50 (9): 868-873 . doi : 10.1134/S0020168514090143 . S2CID 94409384 . 
  15. ↑ دين، إم بي؛ غولد، آر دي (1998). "آلية التوصيل في المجال العالي للأغشية الرقيقة من زرنيخيد الكادميوم المتبخرة". ICSE'98. المؤتمر الدولي لهندسة أشباه الموصلات الإلكترونية لعام 1998. وقائع المؤتمر (رقم التصنيف 98EX187) . ص 168. doi : 10.1109/SMELEC.1998.781173 . ISBN  0-7803-4971-7. S2CID 110904915 . 
  • الجرد الوطني للملوثات – الكادميوم ومركباته