The crystal structure of R3Fe0.1Ga1.6S7 chalcogenides  (R – La, Ce, Pr and Tb)

Н.М. Блашко; O.В. Марчук; A.O. Федорчук

doi:10.15330/pcss.25.4.677-683

Автор(и)

Н.М. Блашко Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна
O.В. Марчук Волинський національний університет імені Лесі Українки, Луцьк, Україна
A.O. Федорчук Львівський національний університет ветеринарної медицини та біотехнологій імені С.З. Ґжицького, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.677-683

Ключові слова:

кристалічна структура, рідкісноземельні елементи, хальогеніди, рентґенівський метод порошку, EDAX аналіз

Анотація

У роботі представлено результати дослідження кристалічної структури халькогенідів складу R₃Fe₀_.₁Ga_1.6S₇ (R = La, Ce, Pr та Tb) як перспективних матеріалів, що прогнозовано володіють цікавими нелінійно-оптичними та електричними властивостями. Синтез зразків стехіометричного складу отримано сплавлянням простих речовин у вакуумованих кварцевих контейнерах до залишкового тиску 10^-2 Па за максимальної температури синтезу 1100 °С. Кристалічна структура халькогенідів La₃Fe_0.1Ga_1.6S₇ (A) {a = 10.1884(6) Å, c = 6.0515(4) Å}, Ce₃Fe_0.1Ga_1.6S₇ (B) {a = 10.0864(4) Å, c = 6.0440(3) Å}, Pr₃Fe_0.1Ga_1.6S₇ (C) {a = 9.9853(3) Å, c = 6.0648(2) Å} та Tb₃Fe_0.1Ga_1.6S₇ (D) {a = 9.6692(7) Å, c = 6.0799(5) Å} вивчена рентґенівським методом порошку. Встановлено приналежність структури синтезованих фаз до гексагональної сингонії (структурний тип La₃CuSiS₇; просторова група P6₃). Складні халькогеніди (A), (B), (C) і (D) синтезовані на основі сульфідів R₃Ga₁_.₆₇S₇ (R = La, Ce, Pr та Tb) шляхом заміщення атомів галію в правильній системі точок (ПСТ) 2а атомами статистичних сумішей M1 {0.57(2) Ga + 0.10(2) Fe}, M2 {0.56(1) Ga + 0.10(2) Fe}, M3 {0.61(8) Ga + 0.09(1) Fe} і M4 {0.57(2) Ga + 0.10(2) Fe} відповідно. У структурі одержаних халькогенідів атоми рідкісноземельних елементів локалізовані в ПСТ 6с і разом з атомами сульфуру формують тригональні призми, що мають один додатковий атом [R 3S₁3S₂1S₃]. Атоми статистичних сумішей М1, М2, М3 і М4, що локалізовані в ПСТ 2а, формують октаедри [М1 6S₂], [М2 6S₂], [М3 6S₂] і [М4 6S₂] відповідно. Ці октаедри між собою з’єднані гранями та в напрямку осі с утворюють колони. В ПСТ 2b атоми Gа оточені чотирма атомами cульфуру [Ga 3S₁1S₃].

Посилання

Jean-Claude Bunzli, V.K. Pecharsky, Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths, Elsevier Science Publishers B.V., 50, 480 (2016).

V.A. Starodub, Ternary and quaternary chalcogenides of group IB elements, Russ. Chem. Rev. 68, 10 (1999); https://doi.org/10.1070/RC1999v068n10ABEH000480.

B.J. Eggleton, B. Luther-Davies, K. Richardson, Chalcogenide photonics. Nat. Photon., 5, 141 (2011); https://doi.org/10.1038/nphoton.2011.309.

N.A. Spaldin, Magnetic Materials: Fundamentals and Applications. Cambridge University Press. Second edition, (2010); https://doi.org/10.1017/CBO9780511781599.

T.M. Tritt, Thermal Conductivity: Theory, Properties, and Applications. Springer Science & Business Media., 105 (2005); https://doi.org/10.1007/b136496.

L. Fu, C.L. Kane, E.J. Mele, Topological insulators in three dimensions, Phys. Rev. Lett., 98 (2007); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.98.106803.

Y. Shi, C. Sturm, H. Kleinke, Chalcogenides as thermoelectric materials, J. Solid State Chem., 270, 273 (2019); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2018.10.049.

L.D. Gulay, M. Daszkiewicz, I.P. Ruda, O.V. Marchuk, La2Pb(SiS4)2, Acta Cryst. C., 66, 3 (2010); https://doi.org/10.1107/S0108270110000247.

N.M. Blashko, O.V. Smitiukh, O.V. Marchuk, The crystal structure of La3Pb0.1Ga1.6S7 and La3Pb0.1Ga1.6S7 compounds, Physics and chemistry of solid state, 23(1) (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.1.96-100.

A.K. Iyer, B.W. Rudyk, X. Lin, H. Singh, A.Z. Sharma, C.R. Wiebe, A. Mar, Noncentrosymmetric rare-earth copper gallium chalcogenides RE3CuGaCh7 (RE = La – Nd; Ch = S, Se): An unexpected combination. J. Solid State Chem., 229, 150 (2015); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.05.016.

A.K. Iyer, W. Yin, B.W. Rudyk, X. Lin, T. Nilges, A. Mar, Metal ion displacements in noncentrosymmetric chalcogenides La3Ga1.67S7, La3Ag0.6GaCh7 (Ch = S, Se) and La3MGaSe7 (M = Zn, Cd). J. Solid State Chem., 243, 221 (2016); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2016.08.031.

Y.F. Shi, Y.K. Chen, M.K. Chen, L.M. Wu, H. Lin, L.J. Zhou, L. Chen, Strongest second harmonic generation in the polar R3MTQ7 family: atomic distribution induced nonlinear optical cooperation. Chem. Mater., 27, 1876 (2015); https://doi.org/10.1021/ acs.chemmater.5b00177.

H.J. Zhao, Syntheses, crystal structures, and NLO properties of the quaternary sulfides RE3Sb0.33SiS7 (RE = La, Pr). J. Solid State Chem., 227, 5 (2015); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.03.010.

B.W. Rudyk, S.S. Stoyko, A.O. Oliynyk, A. Mar, Rare-earth transition-metal gallium chalcogenides RE3MGaCh7 (M = Fe, Co, Ni; Ch = S, Se). J. Solid State Chem., 210, 79, (2014); https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.11.003.

L. Akselrud, Y. Grin, WinCSD: Software package for crystallographic calculations (Version 4), J. Appl. Cryst., 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. Cryst., 44, 1272 (2011); https://doi.org/10.1107/S0021889811038970.

A.M. Loireau-Lozach, M. Guittard, J. Flahaut, Systemes L2S3 – Ga2S3 (L = La, Ce, Dy, Er et Y), Mat. Res. Bull. 12, 881, (1977).

M. Patrie, M. Guittard, Chimie minerale. Sur les composes du type Ce6Al10/3S14, C. R. Acad. Sci., C, 268, 1136 (1969).

G.V. Samsonov, Y.B. Paderno, M.I. Murguzov, V.P. Fedorchenko, Z.Sh. Karaev, Gallochalcogenides of the rare-earth metals, Soviet powder metallurgy and metal ceramics 6, 75 (1967); https://doi.org/10.1007/BF00773388.

N.M Blashko, O.V. Marchuk, I.D. Olekseyuk, A.O. Fedorchuk, Krystalichna struktura spoluky Tb3Ga1.67S7, Naukovyi visnyk Chernivetskoho universytetu. Khimiia., 781 (2016). [in Ukraine].

M. Guittard, M. Julien-Pouzol, Les composes hexagonaux de type La3CuSiS7, Bulletin de la Societe Chimique de France, 6, 2207 (1972).

N. Wiberg, E. Wiberg, A. Holleman, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Walter de Gruyter. 102. Auflage, 2003-2004 (2007).