بخشی از مقاله
چکیده
براي رشد بلورهاي NiS در این کار تجربی از روش انتقال بخار شیمیایی استفاده شد. برخی از خواص ترابردي نمونههاي رشدیافته از قبیل مشخصههاي I −V و ρ −T و ضریب ثابت هال نیز مطالعه شده و چگالی حاملهاي بار در نمونهها برآورد گردید. بررسی وابستگی دمایی مقاومت ویژه بیانگر این واقعیت است که گذار MD در بلورهاي رشد یافته اتفاق میافتد. این بررسیها نشان میدهند که بلورهاي رشد یافته به روش انتقال بخار شیمیایی انحراف کمی از بلور استوکیومتري کامل دارند. همچنین دماي گذار بلورها نیز وابسته به زمان رشد، دماي منبع و میزان استوکیومتري بلور است.
مقدمه
تا بهحال مساله گذار فلز دي- الکتریک - - MDT ، که در مشخصه ρ −T نیکل سولفید شش گوشی ملاحظه میگردد، هنوز بهطور کامل حل نشده است. این گذار، وقتی که NiS تا دمایی موسوم به دماي بحرانی Tc سرد میشود، اتفاق میافتد.[1] با کاهش دما، در یک دماي خاصی موسوم به دماي گذار - - TN ، این بلور یک گذار فازي از حالت فلز به غیر فلز را انجام میدهد. همزمان در این دما، یک گذار از حالت پارامغناطیسی به آنتیفرومغناطیسی رخ داده و ثابتهاي شبکه نیز کمی افزایش مییابند.[2] در حقیقت وقتی دماي گذار حاصل میشود، یک گافباندي در بلور پدید میآید. نیکل سولفید، کاربردهاي زیادي در ذخیرة انرژي خورشیدي و کاتالیزورهاي هیدروژنگونه در صنعت نفت دارد. همچنین این ماده در صنعت الکترونیک به عنوان آشکارساز مورد استفاده قرار میگیرد.[4-3]
روشهاي تجربی
براي رشد کریستالهاي NiS در این پروژه از روش انتقال بخار شیمیایی استفاده شد. بدین منظور، ابتدا یک کوره افقی مخصوصی طراحی گردید بهطوریکه یک گرادیان دمایی حدود 100°C در فاصله 10 تا 12 سانتیمتري از طول کوره ایجاد شود. مواد مورد نیاز براي سنتز این بلور همراه با مقداري عامل انتقال - در این کار تجربی از بخارات ید استفاده شد - در آمپولهاي کوارتز بارگذاري گردید. با علم بر این که کوچکترین ناخالصی و آلودگی آمپولها میتواند روي رشد بلورها و خواص فیزیکی آنها تاثیرگذار باشد، قبل از بارگذاري، آمپولها پس از تمیزشدن به روشهاي شیمیایی در داخل کوره قرار داده شده و در حالی که سرباز آنها به سیستم خلاء وصل بود، به مدت 6 ساعت تحت دماي 800°C قرار گرفتند تا کاملاً تمیز و خشک شوند.
آمپولهاي بارگذاريشده به طول 10 cm تا فشار 10-1 -10-2 torr تخلیه شده و سپس توسط شعله مسدود شدند. در مرحله بعد، آمپولها به مدت دو هفته جهت فرایند رشد در قسمت ناحیه گرادیان دمایی کوره قرار داده شدند. دماي رشد مورد نظر در آمپولهاي مختلف متفاوت بود ولی این دما بایستی کمتر از دماي ذوب NiS باشد.[5] نماي طرحوار از سیستم رشد در شکل 1 نشان داده شده است.
بعد از دو هفته آمپولها از کوره خارج شده و جهت سرمایش ناگهانی در آب با دماي اتاق وارد شدند. نمونههاي رشدیافته بعد از شکستن آمپول توسط الکل شسته شده و جدا گردیدند. دو تا از بزرگترین کریستالهاي رشدیافته با آرایش مناسبی بریده شده و به ابعاد 0.136cm ×0.204cm ×60μm - نمونه - 1 و 0.166cm×0.249cm×33μm - نمونه - 2 جهت اندازهگیري خواص الکتریکی و همچنین طیفنگاريXRD آماده گردید.تفاوت عمده این دو نمونه در دماي رشد آنها بود - دماي رشد نمونههاي رشد بلور 1و2 به ترتیب 750°C و 700°C بود - . براي بررسی وابستگی دمایی برخی از خواص ترابردي نمونهها، از قبیل رسانندگی الکتریکی، مقاومت ویژه و ضریب ثابت هال، از روشهاي معمول و یک زمپاي شیشهاي استفاده شد.
نتایج و بحث
براي مطالعه طیف XRD نمونههاي NiS رشد داده شده، تک بلورهاي بدست آمده را با استفاده از یک هاون سنگی به صورت پودر درآورده و از پرتو X نوعCu − Kα1 در بازة10o ≤ 2θ ≤ 60o استفاده شد. شکل 2 طیف اشعه X بدستآمده از نمونه را نشان میدهد. شکل: 2 طیف اشعه X براي نمونه تکبلور نیکلسولفید رشد یافته پیکهاي حاصل از این نمونه تیز و باریک هستند و بررسیهاي انجام یافته نشان میدهد که نمونه رشد یافته، ترکیب NiS با میزان استوکیومتري نسبتاً دقیق می باشد.
براي اینکه اندازهگیريهاي انجام یافته منجر به نتایج درستی شوند، باید جریان به صورت طولی از نمونه عبور کند و میزان جریان عرضی نمونه خیلی کم باشد. شکل 3 نمودار اختلاف پتانسیل بین این دو اتصال را بر حسب جریان عبوري از آن نشان می دهد. همانطور که ملاحظه می شود با افزایش جریان عبوري، اختلاف پتانسیل به صورت خطی تغییر می کند که این امر یک نتیجهاي از اهمی بودن اتصالات می باشد.
