Экспериментальные и теоретические исследования железосодержащих халькогенидов

В данной работе исследовалось влияние присутствия избыточного железа на электронные свойства теллурида железа. Исследования проводились с помощью мессбауэровской спектроскопии и расчетов из первых принципов. Было показано сильное влияние избыточного железа на свойства теллурида железа. Кроме того, была объяснена причина асимметрии мессбауэровских спектров.

Исследование влияния присутствия избыточного железа на электронные свойства теллурида железа

Простейшим железосодержащим сверхпроводником является FeSe, в котором плоские слои атомов железа окружены атомами селена. В 2008 году в этом соединение была обнаружена сверхпроводимость с температурой перехода 8 К. Позже было показано, что высокое внешнее давление приводит к повышению критической температуры до 27 К. Следующим шагом в исследовании FeSe было приложение внутреннего давления путем химической модификации исходного соединения. Было показано, что замещение селена теллуром привело к повышению температуры перехода до 14 К. Известно, что в подобных системах нарушается стехиометрия по железу. Исследование влияния присутствия избыточного железа на электронные свойства теллурида железа является актуальной задачей.

В настоящей работе мессбауэровская спектроскопия и методы моделирования из первых принципов используются для исследования влияния неидеальной стехиометрии по железу в Fe(1.05)Te на электронные и магнитные свойства соединения.

Исследования монокристаллических образцов Fe(1.05)Te метод мессбауэровской спектроскопии осуществлялось в температурном диапазоне от 4.2\,К до 295\,К. Применялся традиционный спектрометр в режиме постоянного ускорения (WissEl) c использованием 57Co в качестве источника гамма-излучения. Железная фольга использовалась для калибровки скорости спектрометра. Поглотителем выступал монокристалл Fe(1.05)Te в виде тонкой пластинки. Для всех температур угол между направлением распространениягамма-излучения и осью с кристалла составлял ноль градусов.     

Расчеты из первых принципов проводились в рамках теории функционала плотности с помощью программы VASP 5.3, включенного в программный пакет Medea. Для описания электронных состояний использовался базис плоских волн. Обобщенно-градиентное приближение GGA-PBE использовалось для обменно-корреляционной поправки. Для воспроизведения экспериментальной концентрации атомов железа рассматривалась cуперячейка 3x3X1, содержащая 19 атомов железа и 18 атомов теллура. Такая cуперячейка соотвествует системе Fe(1.05(5))Te.

По результат работы видно, что в соединении Fe(1.05)Te формируется четыре неэквивалентные группы атомов железа. Три из них формируются Fe1 атомами железа, четвертая группа переставляет собой атомы железа Fe2. Данный факт подтверждается результатами расчетов из первых принципов и исследованиями при различных температурах методом мессбауэровской спектроскопии. Можно заключить, что нарушение стехиометрии по железу, то есть присутствие атомов  железа в позиции 2c приводит к изменению электронной и спиновой плотности вокруг атомов железа Fe2 вплоть до третьей координационной сферы. Содержание всего 5\% дополнительного железа оказывает влияние на почти 2/3 атомов железа в образце. Таким образом, учет наличия в системе Fe(1+y)Se(1-x)Te(x) атомов железа Fe2 необходим при исследовании свойств этих соединений.       

Кроме того, можно отметить, что предложенная в данной работе модель объясняет необычную ассиметрию мессбауэровского спектра, о которой ранее сообщалось в множестве работ. Ассиметричная форма мессбауэровской линии не является следствием наличия примесных фаз, как это отмечалось ранее, а возникает вследствие нарушения стехиометрии по железу.

Всего было использовано 25 источников.
Из-за ограничений представляю первые четыре:
[1] Iron-Based Layered Superconductor La [O(1x)Fx]FeAs (x= 0.05-0.12) with Tc = 26 K /
Yoichi Kamihara, Takumi Watanabe, Masahiro Hirano, Hideo Hosono // Journal of the
American Chemical Society.— 2008.— Vol. 130, no. 11.— P. 3296–3297.
[2] Paglione, J. High-temperature superconductivity in iron-based materials /
Johnpierre Paglione, Richard L Greene // Nature Physics.— 2010.— Vol. 6, no. 9.—
P. 645–658.
[3] Superconductivity at 27K in tetragonal FeSe under high pressure / Yoshikazu Mizuguchi,
Fumiaki Tomioka, Shunsuke Tsuda et al. // Applied Physics Letters.— 2008.— Vol. 93,
no. 15.
[4] Electronic and magnetic phase diagram of -Fe1:01Se with superconductivity at 36.7 K
under pressure / S Medvedev, TM McQueen, IA Troyan et al. // Nature materials.—
2009.— Vol. 8, no. 8.— P. 630–633.
...

In this paper we investigate the effect of excess iron in the presence of the electronic properties of iron telluride by means of Mössbauer spectroscopy and first-principles calculations. It shows a strong influence of excess iron on the properties of iron telluride. In addition, the reason for the asymmetry of the Mössbauer spectra was explained.