Optical and Electrochemical Properties of Layered Crystals GaSe Intercalated by the Nickel

(1)

А А

-

А

J

OURNAL OF

N

ANO

-

AND

E

LECTRONIC

P

HYSICS

5 №

3, 03053(4cc) (2013)

Vol.

5 No 3, 03053(4pp) (2013)

2077-6772/2013/5(3)03053(4)

03053-1



2013

Х

і

е е

і і і

і

і ьaSe

і е

і е е

г г

б

г г

бХ г г

б

г г

б

г г

А

б Ч

я

,

г г В

б кб кнее1 Ч

б

Э Хзлгем.2013бХ Х Х Х– 23.09.2013бХ ХonlineХж7.10.2013)

Х Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х Х ьaSeХ Х гХ бХ Х Х

ХNiХХ Х Х Х Х Х Х Х в

ХьaSeХ Х Х Х ХnNi  1018_-1020 – 3гХ Х в

Х Х Х ХьaSe ХT 293 K є Х Х Х в

Х Х Х6 ХЭ ХзбеенХ Хз,014 Ю Х є Х Х Х

Х Х Хк,2 гХ Х Х  77 Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х , Х ХNiьaSeгХ Х

Х (nNi) Х Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х Х Х бХ Х Х

г

і : Х , І , Х , Х ,

Х г

PACS numbers: 78.66.Fd, 78.66.Qn

1. Х

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

в

Х

гХ

Х Х

Х

в

Х

Х ьaSeХ єХ

Х

г

Х

єХ Х

в

Х

Х Х

Х

в

Х

бХ

Х Х

гХ

Х

в

Х

ХьaSeХ Х

в

Х

Х бХ

Х

в

Х–

бХ

Х

Х Х

гХ Х

Х [жбХ з

]

в

Х

Хц

3

B

6

Х

в

Х

бХ

Х

Х Х

Х

.

Х

Х–

Х

Х Х

в

Х

в

Х ь S Х

Х

Х Х

Х

Х Э Х

Х

ЮбХ

Х

г

2. Х

бХ

Х

в

бХ

Х Х

Х

.

Х

в

Х

бХ

Х

ь S гХ І

Х

Х Х

в

Х

Х Х

Х

Х Ч

ЧХ

Х

Х[и

, 4

]Х Х

Х

бХ

Х

-

кнзм г

Х

в

Х

гХ Х

Х

«

»

0,1

Х

NiЭN

3

)

2

гХ

Х

в

Х

бХ

Х

в

Х

бХ

Х Х

Х

в

Х Х 'є Х

Х

гХ

Х

в

Х

Х Х

Х

бХ

Х

бХ

Х Х Х Х в

Х Х єХ Х Х Х

.

Х

Х Х

в

Х

Х Х

Х

гХ Х

Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

Х Э Х

10 д

2

ЮХ

Х

гХ

Х

в

Х

-

кнзм Х Х

в

Х

-

Х

гХ

Х

в

Х

5 В

егкХ

3

гХ

Х

в

Х

-

Х

в

Х

φ

(

ЮбХ

Х

в

Х

г

Х

ХХ

Х

бХ

Х

ижХЭ

Х

в

Х

ЮгХ

Х

в

Х

Х Х

Хзбеок

-2,14

Х

0,5-1

Х Э

Х

Х жзее

д

ЮгХ

в

Х

Х Ч

-

ЧХ

Х

в

Х

в

Х

Хмм

.

3. Ь

Ь

Х

в

Х ь S Х

Х

в

(2)

C

г г

,

г г

,

г г

Х ХІ

.,

.

А

-

.

5 , 03053 (2013)

03053-2

Х



Ni



GaSe (10

18 – 3

≤

_n

_Ni

≤

₁₀

22 – 3

_,

. 1).

Х

в

Х

Х Х

`є

.

Х Х

Х

бХ

Х

бХ

Х

Х `

Х

гХ

в

Х

-

Х

бХ

Х

φ

Х



Ni



ьaSeХ Х

Х

в

Х

10

18

_-10

22 – 3

Э

г

_1).

. 1– Х ХφХ Х в

Х Х ХХNiGaSe

бХ

Х

в

Х

ХЧ

ЧХь S Х–

0,09

гХ

в

Х

Х бХ

Х Х

Х

в

Х

10

18

_-10

20 – 3

єХ

Х

гХ

Х

10

20 – 3

Х

є

Х

в

Х

φ



–

0,5

чгХ Х

Х

в

Х



Ni



ьaSeХ

Х

бХ

Х

в

Х

Хже

21

_-10

22 – 3

_.

Х

в

Х

бХ Х

Х

Ч

ЧХьa

Se

Х

ХNi

x

GaSe

(0

≤

x

≤

1),



77 .

2. Х

Х

в

Х

E

e

Х

в

Х



Ni



ьaSeХ Э

г

3; 10

18 – 3

≤

_n

_Ni

≤

₁₀

22 – 3

₎

Х



293 гХ

Х

в

Х

є

Х

dE

/dT

Х

dH/dT

Х Х

ХХ

Х Х

Х

ХммХ Хзои

гХЭ

г

1).

Х Э

г

ирХ

Х жб

зЮХ

Х



293 в

Х

Х Х

Х

H(n

Ni

ЮХ Х

Х

в

Х

(n

Ni

Ю

Х



Ni



GaSe

(10

18 – 3

≤

_n

Ni

≤

10

22 – 3

).

1– Х є Х Х в

Х Х Х Х Х Х

Х Х

. 2 – Х Х Х ьaSeХ Э жЮХ Х Ni0,6

ьaSeХЭ зЮХ Хмм

. 3– Х Х Х в

Х Х Х Х Х

Х ХNiьaSeХ Хзои

бХ

Х

є

Х Х

в

Х

бХ Х

Х

n

Ni

≈

10

20 – 3

Х

є

Х

гХ

в

Х

n



1 є

Х

9 Х Х жй

eчбХ

Х

в

Х

(n

Ni

≈

5 В

10

21 – 3

).

Х

( )

Х

( )

Х

бХ

Х

Х Ni

x

GaSe,

Х Х

Х

77 бХ

Х

г

4. бХ

Х

є

Х



2,0976

Х



еХ

Х

2,102

Х



0,3-0,5.

Х

є

Х

0,5

≤

жХ

Х



2,1033

гХ

Х

Ni

x

ьaSeХ

Х

є

Х

Х йХ Э



еЮХ

Х

7,5

eчгХ ЭNi

1,0

ьaSeЮХ

Х

Х Х

Х ебй

≤

x

≤

1 Х

Х

є

г

Х

в

Х

H(n

Ni

)

Х

(n

Ni

ЮХ

Х



293 Х Х



77 г

(3)

ІХ Х І І ІХ ІХ Х І ХGA

S

E

…

г

А

-

.

5 , 03053 (2013)

03053-3

. 4 – Х Х Х в

Х Х Х Х

Х Х ХNixьaSeХ Хмм

Х

Х в

Х

Х Э Х жй

ЮХ Х

Х



Ni



ьaSeХ

Х



293 Х

Х

є Х

Х

в

Х

E

g

Х

Х '

Х

гХ

Х

(n

Ni

ЮХ

Х

ХьaSeХ

Х

в

Х

Х[

5, 6, 7].

Х

в

Х

-

Х

гХ

Х

n

Ni

в

Х

є

Х

гХ

Х

n

Ni

> 10

20 – 3

Х

-

Х

-

Х

бХ

Х

ХєХ

в

Х

г

Х

E

e c

(x

ЮХ

Х

в

Х ьaSeХ

Х



77 Х

Х

Х Х

Х

в

Х

гХ

Х

є

бХ

Х

-

Х

Х[

8, 9, 10

]бХ

Х

Х '

Х

-

Х

[9

]бХ Х

Х

в

Х

Х Х

в

Хебзк

< x <

ебиХ Хебй

< x <

жбебХ

Х

єХ Х

в

Х

г

І

єХ

Х

(

ЮХ

Х

Х ь

aSe [10

]гХ

бХ

Х

Х мм

Х

в

Х

єХ

Х

Х Эε

)

Х

Э

бХ

ЮХ Х

-

гХ

Х

ε

(

ЮХ

Х

Х '

Х

бХ Х

Х

бХ

Х

ε

( )

Х

є

бХ

є

Х

є

Х

бХ Х

Х

в

Х

Х Х

Х

г

Х

n



жХ

Х

в

є

Х

Хо

Х

Х«

»ХьaSeХ Х Хжй

eчХ–

Х

Х Х

n

Ni

≈

5 ∙

10

21 – 3

Х



293 гХ

Х

є Х Х

Ni

x

GaSe

єХ

Х

бХ

Х Х

Х

гХ

Х

Х Х

в

Х Х

Х

Хибз

Х

Ni

x

GaSe (



77 Юг

4. Х

Х

Х в

Х Х

Х

ХьaSeХ

Х

гХ Х

Х

в

Х

Х Х

Х

ьaSeХ

є

Х

в

Х

бХ Х

Х

є

Х

в

Х

5,2

Х



293 г

в

бХ

Х

в

Х



77 є

Х Х

в

Х



2,0976

Х



еХ Х збжезХ



0,3-0,5.

Х в

Х Х Х Х

Х



77 ХєХ

Х

.

е

ьaSe

е

е е

г г

бХ г г

я А

б Ч

б г г В

б кб кнее1

Ч

б

Х Х Х Х Х Х Х Х Х

Х Х Х ХьaSeХ Х гХ бХ Х в

Х ХNiХ Х Х Х Х Х Х Х в

Х ьaSeХ Х Х Х ХnNi  1018_-1020 – 3гХ Х Х

Х Х ХьaSeХ Х  293 Х Х Х Х Х Х

Х ХХ Хл ХЭ ХзбеенХ Хзбежй ЮХ Х Х ХХ Х Х в

Х Х Х Хкбз гХ Х Х  77 Х Х Х Х в

Х Х Х Х Х Х Х ХNiьaSeгХ Х

Х (nNiЮХ Х Х Х Х Х Х Х Х Х в

Х – Х Х бХ Х Х Х Х Х г

е е : Х бХ бХ Х бХ Х

(4)

C

г г

,

г г

,

г г

Х ХІ

.,

.

А

-

.

5 , 03053 (2013)

03053-4

Optical and Electrochemical Properties of Layered Crystals GaSe

Intercalated by the Nickel

S.G. Barbutsa, V.B. Boledzyuk, Z.D. Kovalyuk, M.M. Pyrlya, T.M. Feshak

I.M. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, NAS of Ukraine,

Chernivtsi Departament, 5, Iryna Vilde Str., 58001 Chernivtsi, Ukraine

The presented results of the investigations of the optical and electrochemical properties indicate the possibility of intercalation of layered GaSe crystals with nickel ions. Established that the electrochemical introduction of Ni leads to a monotonic growth in electrode potential of layered semiconductors GaSe when a concentration of intercalants nNi  1018_-1020 _m– 3_{. In consequence of intercalation of nickel in GaSe} crys-tal at T  293 K, occurred ncreases in the energy position of the exciton peak Eeks 6 meV (from 2.008 to 2.014 eV) and the half-width of the exciton absorption bands of H by 5.2 meV. At a temperature T  77 K was detected non- monotonous concentration dependence of the excitonic maximum energy location for eks NiGaSe compounds. The dependence eks(nNi) for these compounds are explained as a result of the intro-duction of competition between contributions of inter - and intralayer deformations which have the oppo-site signs of deformation potential.

Keywords:Layered crystals, Intercalation, Intercalates of nickel, Electrode potential, Exiton spectra.

1. Z.D. Kovalyuk, M.M. Pyrlya, V.B. Boledzyuk, J. Opt. Adv. Mater., INOE5 No 4, 869 (2003).

2. . . бХ г г бХ г г бХ

г г , Ukr. J. Phys. 56 No 4, 376 (2011).

3. I.I. Grigorchak, V.V. Netyaga, Z.D. Kovalyuk, J. Phys.: Condens. Mat. 9, L191 (1997).

4. г . бХ . . , . . , в

45№ 11, 1303 (2009).

5. г г бХ г г , Э

Э Х : : 1986).

6. г г бХ г г бХ г г б г г ,

г В г г №10, 51 (1992).

7. Yu.I. Zhirko, Z.D. Kovalyuk, M.M. Pyrlya, V.B. Boledzyuk, Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Na-nomaterials, 325 (Springer Netherlands: 2001).

8. г г бХ г г бХ г г б 155,

89 (1988) (G.L. Belen'kii, E.Yu. Salaev, R.A. Suleimanov, Sov. Phys. Usp. 31, 434 (1988)).

9. . . , 48 № 4, 623 (2006)

(N.A. Abdullaev, Phys. Solid State48 No4, 663 (2006)).

10. г г - бХ г г бХ г Х Х г,

Э я я я в

Э п : 1981).