Сотрудники химического факультета МГУ обнаружили новые полупроводниковые интерметаллиды, состоящие из металлов рения, галлия и германия. Существование всех трех элементов было предсказано Дмитрием Менделеевым
Сотрудники химического факультета МГУ обнаружили новые
полупроводниковые интерметаллиды, состоящие из металлов рения,
галлия и германия. Существование всех трех элементов было
предсказано Дмитрием Менделеевым. В год 150-летия
Периодической таблицы химических элементов российские
химики представили исследование о системе, состоящей из этих
элементов. Результаты работы опубликованы в журнале Inorganic
Chemistry и Chemical
Communications. Исследование поддержано грантом Российского
научного фонда (РНФ).
Интерметаллид — это химическое соединение, состоящее минимум из
двух сортов атомов, каждый из которых металл. В состав
интерметаллида могут входить элементы с полуметаллическими
свойствами, такие как кремний, германий или сурьма. В
отличие от сплавов, структура которых обычно полностью идентична
структуре преобладающего компонента, интерметаллиды — однородные
химические соединения, кристаллическое строение которых не
повторяет структур составляющих их металлов.
Все металлы характеризуются набором сходных физических свойств –
ковкость, пластичность, хорошие тепло- и электропроводность. А
соединения, принадлежащие к классу интерметаллидов, могут
обладать совершенно разными свойствами. Спектр функциональных
свойств настолько широк, что среди интерметаллидов встречаются
как обычные металлические проводники, так и изоляторы, и
сверхпроводники, магнитные материалы и вещества с эффектом памяти
формы (например, нитинол – соединение никеля и титана). Это
делает класс интерметаллидов уникальным в своем роде. Особое
место занимают полупроводниковые интерметаллиды, которые весьма
редки и используются, в основном, в качестве термоэлектрических
элементов – устройства, способные преобразовывать энергию
тепловую в электрическую либо, наоборот, электрическую в
тепловую.
Знания ученых о взаимосвязи структуры и свойств интерметаллидов
пока не достигли того уровня, который бы позволил создать
надежную классификацию. Она нужна, чтобы прогнозировать
взаимосвязь между кристаллическим и электронным строением,
составом и функциональным свойством интерметаллидов. Существуют
лишь частные концепции для конкретных семейств соединений.
Поэтому изучают интерметаллиды пока традиционным эмпирическим
способом – из общих соображений ученые делают предположение о
существовании интерметаллидов, затем проводят синтез и исследуют
систему.
«Сотрудники химического факультета, кафедры неорганической
химии под руководством профессора, доктора химических наук Андрея
Шевелькова обнаружили ранее неисследованные интерметаллиды в
системе рений-галлий-германий», – прокомментировал
и.о. декана химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН
Степан Калмыков.
В двойных системах (германий-галлий, германий-рений,
галлий-рений) практически отсутствуют устойчивые при обычных
условиях промежуточные соединения. Однако, в тройной системе
химики МГУ обнаружили 4 интерметаллида, о двух из которых
– ReGaGe2 и ReGa0.4Ge0.6 выпустили публикации. Галлий и
рений – типичные металлы, с металлическим блеском, их
электрическое сопротивление растет с ростом температуры. Один из
интерметаллидов в тройной системе оказался хрупким,
порошкообразным веществом с полупроводниковыми свойствами, что
крайне редко для интерметаллидов.
Исследования электронной структуры были проведены в Cуперкомпьютерном
комплексе МГУ.
«По результатам расчётов мы обнаружили сильную локализацию
электронной плотности между определёнными атомами, что не типично
для большинства интерметаллидов, в которых обычно электронная
плотность равнораспределена между всеми атомами, как в
металлах», – прокомментировал результаты один из
авторов работы, аспирант МГУ Максим Лиханов.
Дальнейшие исследования научной группы будут направлены на
изучение термоэлектрических свойств новых соединений в области
высоких температур, а также на поиск родственных соединений на
основе других переходных металлов, таких как молибден, вольфрам и
тантал.
Пресс-служба МГУ
Иллюстрация: Один из авторов работы, аспирант химического
факультета МГУ Максим Лиханов/Фото: Александра Кучерова/МГУ
