probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2018-20-7-8-124-135probener-652Research ArticleФИЗИКАPHYSICSКОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ И ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ В СПЕКТРАХ ЭПР ЗОНДОВЫХ ЦЕНТРОВ Gd3+ В ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛАХ Pb1-xAgxS и Pb1-xCuxS (0≤x≤0,011)CONCENTRATION AND TEMPERATURE DEPENDENCES IN EPR SPECTRA OD GD3+ PROBE CENTERS IN THE Pb1-x AgxS и Pb1-xCuxS (0 ≤ x ≤ 0,011) THERMOELECTRIC CRYSTALSСиницинА. М.SinicinA. M.

Синицин Алексей Михайлович – ассистент кафедры «Промышленная электроника и светотехника» (ПЭС) 

Alexey M. Sinicin – assistant, Industrial electronics and light engineering department

ЗайнуллинР. Р.ZainullinR. R.

Зайнуллин Радик Рустэмович – канд. физ.-мат. наук, старший преподаватель кафедры «Промышленная электроника и светотехника» (ПЭС) КГЭУ; н.с. Физико-технического института им. Е.К. Завойского (КФТИ)

Radik R. Zainullin – candidat of physical-mathematical sciences, senior lecturer, Industrial electronics and light engineering department of Kazan State Power engineering University

УлановВ. А.UlanovV. A.

Уланов Владимир Андреевич – докт. физ.-мат. наук профессор кафедры «Промышленная электроника и светотехника» (ПЭС) КГЭУ; с.н.с. Физико-технического института им. Е.К. Завойского (КФТИ)

Vladimir A. Ulanov – associate professor, doctor of physical-mathematical sciences, Industrial electronics and light engineering department of Kazan State Power engineering University

Казанский государственный энергетический университет, г. КазаньРоссияKazan State Power Engineering University, KazanRussian FederationКазанский государственный энергетический университет, г. Казань; Физико-технический институт им. Е.К. Завойского, г. КазаньРоссияKazan State Power Engineering University, Kazan; Zavoisky Physical-Technical Institute, KazanRussian Federation201808092018207-8124135Copyright © Синицин А.М., Зайнуллин Р.Р., Уланов В.А., 20182018Синицин А.М., Зайнуллин Р.Р., Уланов В.А.Sinicin A.M., Zainullin R.R., Ulanov V.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/652

Методом ЭПР исследованы концентрационные и температурные зависимости параметров спектров ЭПР центров Gd3+, внедренных в качестве парамагнитных зондов в термоэлектрические полупроводниковые кристаллы Pb1-xAgxS и Pb1-xCuxS (0 ≤ x ≤ 0,011). Исследуемые кристаллы были выращены методом Бриджмена из расплава, содержащего сульфид свинца, сульфид серебра или меди, гадолиний и серу (использованную для обеспечения стехиометрии). Исследования выполнены в диапазоне частот 9320÷9340 МГц при температурах 4, 2, 77 и 300 К. Установлено, что в исследуемых образцах примеси серебра и меди не создают значительных искажений структуры базового кристалла PbS, но существенно влияют на концентрацию свободных носителей. Анализ полученных данных о концентрационных и температурных зависимостях параметров спинового гамильтониана зондовых центров Gd3+ привел к выводу об акцепторном характере примесей серебра и меди в кристалле PbS, а также позволил определить их растворимость и описать индуцированные ими искажения структуры базового кристалла.

Concentration and temperature dependences of parameters of the EPR spectra of Gd3+ centers introduced into the Pb1-xAgxS and Pb1-xCuxS thermoelectric semiconductor crystals (0 ≤ x ≤ 0,011) were investigated by means of EPR method. The crystals under investigation were grown from the melt containing lead sulfide, silver (or copper) sulfide, gadolinium and sulfur (the latter was used to provide stoichiometry). The investigations were performed in the 9320÷9340 MHz frequency range at temperatures of 4.2, 77, and 300 K. It was established that in the samples studied the silver and copper impurities did not create significant distortions in the structure of the base PbS crystal, but significantly affected the concentration of free carriers. Analysis of the obtained data on the concentration and temperature dependences of the spin-Hamiltonian parameters of the Gd3+ probe centers leads to the conclusion that silver and copper in the PbS crystal are acceptor like impurities, and also to determine their solubility and describe the distortions induced by them in the structure of the base crystal.

PbSакцепторная примесьсеребромедьЭПРпарамагнитный зондгадолинийдеформация решеткисвободные электроныдыркисдвиг НайтаPbSacceptor like impuritysilvercopperEPRparamagnetic probe centergadoliniumcrystal lattice distortionfree carriersEPR Knight shiftReferencesJensen K.M.O., Bozin E.S., Malliakas C.D., Stone M.B., Lumsden M.D., Kanatzidis M.G., Shapiro S.M., Billinge S.J.L. Lattice dynamics reveals a local symmetry breaking in the emergent dipole phase of PbTe // Phys. Rev. B. 2012. V. 86. P. 085313.K.M.O. Jensen, E.S. Bozin, C.D. Malliakas, M.B. Stone, M.D. Lumsden, M.G. Kanatzidis, S.M.Shapiro, S.J.L. Billinge. Lattice dynamics reveals a local symmetry breaking in the emergent dipole phase of PbTe // Phys. Rev. B. 2012. V.86. P.085313.Skelton J.M., Parker S.C., Togo A., Tanaka I., Walsh A.. Thermal physics of the lead chalcogenides PbS, PbSe, and PbTe from first principles // Phys. Rev. B. 2014. V. 89. P. 205203-9.J.M. Skelton, S.C. Parker, A. Togo, I. Tanaka, A. Walsh. Thermal physics of the lead chalcogenides PbS, PbSe, and PbTe from first principles // Phys. Rev. B. 2014. V.89. P.205203-9.Beneti G., Casati G., Saito K., Whithey R.S. Fundamental aspects of steady-state conversion of heat to work at the nanoscale // Physics Reports. 2017. V .694. P .1-124.G. Beneti, G. Casati, K. Saito, R.S. Whithey. Fundamental aspects of steady-state conversion of heat to work at the nanoscale // Physics Reports. 2017. V.694. P.1-124.Шостаковский П. Термоэлектрические источники альтернативного электропитания // Компоненты и технологии. 2010. № 12б. C. 131‒138.P. Shostakovskii. Thermoelectric sources of alternative power supply // Komponenty I tekhnologii. 2010. No.126. P.131-138.Wang Heng, Schechtel E., Pei Y., Snyder G.J. High thermoelectric efficiency of n-type PbS // Adv. Energy Mater. 2013. V. 3. P. 488‒495.Heng Wang , E. Schechtel , Y. Pei , G.J. Snyder. High thermoelectric efficiency of n-type PbS // Adv. Energy Mater. 2013. V.3. P.488-495.Pei Yan-Ling, Liu Yong. Electrical and thermal transport properties of Pb-based chalcogenides: PbTe, PbSe, and PbS // Journal of Alloys and Compounds. 2013. V. 514. P. 40‒44.Yan-Ling Pei, Yong Liu. Electrical and thermal transport properties of Pb-based chalcogenides: PbTe, PbSe, and PbS // Journal of Alloys and Compounds. 2013. V.514. P.40-44.Sirigu G., Camellini A., Zhao H., Jin L., Rosei F., Vomiero A., Zavelani-Rossi M.. Dual emission and optical gain in PbS/CdS nanocrystals: role of shell volume and core-shell interface // Phys. Rev . B. 2017. V . 96. P . 155303-1-9..G. Sirigu, A. Camellini, H. Zhao, L. Jin, F. Rosei, A. Vomiero, M. Zavelani-Rossi. Dual emission and optical gain in PbS/CdS nanocrystals: role of shell volume and core-shell interface // Phys. Rev. B. 2017. V.96. P. 155303-1-9.Голенищев-Кутузов В.А., Синицин А.М., Зайнуллин Р.Р., Уланов В.А. Резко неоднородное распределение гадолиния в кристаллах Pb1-xGdxTe при х >0,005 // Известия РАН: Cерия физическая. 2014. T. 78, № 8. C. 950‒952.V.A. Golenishchev-Kutuzov, A.M. Sinicin, R.R. Zainullin, V.A. Ulanov. Highly heterogeneous distributions of gadolinium impurities in Pb1-xGdxTe crystals when x > 0.005 // Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk: Seriya Fizicheskaya. 2014. V.78. P.950–952.Bartkowski M., Northcott D.J., Park J.M., Reddoch A.H., Hedgcock F.T. Electron paramagnetic resonance of Gd3+in PbTe //Solid State Commun. 1985. V . 56. P . 659‒662.Bartkowski M., Northcott D.J., Park J.M., Reddoch A.H., Hedgcock F.T. Electron paramagnetic resonance of Gd3+in PbTe //Solid State Commun. 1985. V.56. P.659-662.Голенищев-Кутузов В.А., Синицин А.М., Лабутина Ю.В., Уланов В.А. Концентрационные зависимости термоэлектрических характеристик тердых растворов Pb(1-x)Ag(x)S и Pb(1-x)Cu(x)S // Тезисы симпозиума «Упорядочение в минералах и сплавах ОМА-20». 2017. Сентябрь, 10‒15. Ростов на Дону , Туапсе. C. 48‒50.V.A. Golenishchev-Kutuzov, A.M. Sinicin, Yu.V. Labutina, V.A. Ulanov. Concentration dependencies of thermoelectric parameters of Pb(1-x)Ag(x)S and Pb(1-x)Cu(x)S solid solutions // Proceedings of the international meeting “Order, disorder and properties of oxides”. Rostov-on-Don -Tuapse, Russia. 2017. 5-10 of September. V.1. P.48-50.Story T. Electron paramagnetic resonance Knight shift in semimagnetic (diluted magnetic) semiconductors // Phys. Rev. Letters. 1996. V. 77. P. 2802‒2805.Story T. Electron paramagnetic resonance Knight shift in semimagnetic (diluted magnetic) semiconductors // Phys. Rev. Letters. 1996. V.77. P.2802-2805.Chu Junhao, Sher A. Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors. Springer Science: Business Media LLC, 2008. 605 p.Chu Junhao, Sher A. Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors. Springer Science: Business Media LLC. 2008. 605 p.Ungar F., Cygorek M., V. Axt V.M.. Trend reversal in the magnetic-field dependence of exciton spin-transfer rates in diluted magnetic semiconductors due to non-Markovian dynamics // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. P. 045210-1-15.F. Ungar, M. Cygorek, V. M. Axt. Trend reversal in the magnetic-field dependence of exciton spin-transfer rates in diluted magnetic semiconductors due to non-Markovian dynamics // Phys. Rev. B. 2018. V.97. P.045210-1-15.Chu Junhao, Sher A. Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors. Springer Science: Business Media LLC, 2008. 605 p.Chu Junhao, Sher A. Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors. Springer Science: Business Media LLC. 2008. 605 p.Das D., Das S., Singha P., Malik K., Deb A.K., Bhattacharyya A., Kulbachinskii V.A., Basu R. Evolution of phonon anharmonicity in Se-doped Sb2Te3 thermoelectrics // Phys. Rev . B. 2017. V . 96. P .064116-1-10.D. Das, S. Das, P. Singha, K. Malik, A. K. Deb, A. Bhattacharyya, V. A. Kulbachinskii, R. Basu. Evolution of phonon anharmonicity in Se-doped Sb2Te3 thermoelectrics // Phys. Rev. B. 2017. V.96. P.064116-1-10.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.