The effect of substitution rare earth metal on crystal structure and properties of quaternary La4-4xR4xGe3S12 (R – Er, Ho, Y, Dy, Tb) sulfide

О. Смітюх; О. Марчук

doi:10.15330/pcss.25.3.513-519

Автор(и)

О. Смітюх Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна
О. Марчук Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.3.513-519

Ключові слова:

досторційний фактор, кристалічна структура, рідкісноземельні метали, елементарна комірка, тетрарні сульфіди

Анотація

Встановлення взаємозв’язків між розподілом атомів в кристалічній комірці та властивостями фаз є важливою проблемою, що безпосередньо пов’язана із застосуванням функціональних матеріалів. У цій роботі нами представлено аналіз кристалічної структури, хімічних зв’язків та прогнозування характеру властивостей речовини на прикладі тетрарних фаз La_4-4xR_4xGe₃S₁₂ (R – Er, Ho, Y, Dy, Tb), що кристалізуються в просторовій групі R3c. Важливим внеском в зміну властивостей, зокрема термоелектричних, є присутність рідкісноземемельних елементів з високою координацією першої координаційної сфери. Це створює можливість для підвищення ентропійного фактору і, як результат, сприяє покращенню термоелектричних характеристик. Параметри елементарної комірки вихідної тернарної фази La₄Ge₃S₁₂ зменшуються при співвідношенні 1La:1R (R – Tb, Dy, Ho, Er) в ПСТ 6а та 18b. В Er-вмісній фазі найнижчий дисторційних індекс для поліедра [М1 8S], в той час як в поліедрі [М1 9S] він значно зростає. Окрім того, утворення «колон» із поліедрів [Ge2 6S] створює можливість поступального збудження в одному із напрямків, що також може мати суттєвий вплив на властивості матеріалів. В цілому, отримані нецентросиметричні матеріали можуть бути перспективними для нелінійної оптики.

Посилання

E. Ateia Ebtesam, M.A. Ahmed, and Rehab Ghouniem, Effect of rare earth substitution on the structural and electrical properties of Cu–Mg ferrite, International Journal of Modern Physics B. 29(19), 1550126 (2015); https://doi.org/10.1142/S021797921550126X.

E. Newnham Robert, Properties of materials (Oxford University Press, New York, 2005); http://surl.li/rdfuz.

M.Ya. Rudysh, O.V. Smitiukh, G.L. Myronchuk, S.M. Onedelnyk, O.V. Marchuk, Band Structure Calculation and Optical Properties of Ag3AsS3 Crystals, Physics and chemistry of solid state, 24(1), 17 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.17-22.

Anatolii Fedorchuk, Yu. Grin, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, 81 (2018); https://doi.org/10.1016/bs.hpcre.2018.04.002.

George F. Harrington, Sunho Kim, Kazunari Sasaki, Harry L. Tullercd and Steffen Grieshammer, Strain-modified ionic conductivity in rare-earth substituted ceria: effects of migration direction, barriers, and defect-interactions, J. Mater. Chem. A, 9, 8630 (2021); https://doi.org/10.1039/D0TA12150A.

Mohammad Basha, Morsi Mohamed, Morsi Morsi, Ahmad Fouad Basha, The Magnetic, Electrical and Optical Properties of Rare Earth Er3+ Doped Lead Borate Glass, Journal of Electronic Materials, 48(10), (2019); https://doi.org/10.1007/s11664-019-07487-x.

L. Akselrud, Y. Grin, WinCSD: Software package for crystallographic calculations (Version 4), J. Appl. Crystallogr., 47, 803 (2014); https://doi.org/10.1107/S1600576714001058.

K. Momma, F. Izumi, VESTA 3 for three-dimensional visualization of crystal, volumetric and morphology data, J. Appl. Crystallogr., 44, 1272 (2011); https://doi.org/10.1107/S0021889811038970/FULL.

O.V. Smitiukh, O.V. Marchuk, I.D. Olekseyuk, L.D. Gulay, The Y2S3–La2S3–GeS2 system at 770 K, J. Alloys compd., 698, 739 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.12.283.

O. Smitiukh, O. Marchuk, I. Olekseiuk, L. Hulay, O. Smitiukh, O. Marchuk, I. Olekseiuk, L. Hulay, The 16th Scientific Conference "Lviv Chemical Readings - 2017", May 28. (Lviv, 2017). In Ukrainian.

M. Daszkiewicz, O.V. Smitiukh, O.V. Marchuk, L.D. Gulay, The crystal structure of Er2.34La0.66Ge1.28S7 and the LaxRyGe3S12 phases (R – Tb, Dy, Ho and Er), J. Alloys compd., 738, 263 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.12.207.

J. Emsley. The Elements. 2nd edition (Oxford University Press, New York, 1991).