d带半导体体系FeS$_2$中多晶型形成的合成控制
材料科学
2021-11-25 v1
摘要
黄铁矿，亦称愚人金，是FeS的热力学稳定多晶型。因其引人入胜的物理性质，被广泛视为一种有前景的d带半导体，适用于多种应用。白铁矿是FeS的另一种天然多晶型。对天然晶体的测量表明，它具有与黄铁矿同样有前景的电子、力学和光学性质。然而，由于迄今为止实验室合成纯相样品或高质量白铁矿单晶一直是个挑战，对其研究甚少。在此，我们报道了通过水热合成实现白铁矿和黄铁矿的定向物相形成。我们以综合合成图的形式系统研究了FeS多晶型的形成条件和相纯度。此外，我们报道了通过空间分离水热合成法对白铁矿单晶生长的详细分析。我们观察到，白铁矿的单相产物仅在表面形成，并有HS和硫蒸气参与。高质量白铁矿晶体的获得使我们能够测量其基本物理性质，包括0.76 eV的允许直接光学带隙、与温度无关的抗磁性、0.11 eV的电子输运带隙以及4.14 10 cm的室温载流子浓度。利用X射线吸收/发射谱测量了两种FeS相的带隙。我们发现白铁矿的带隙为0.73 eV，而黄铁矿的带隙为0.87 eV。我们的结果表明，白铁矿——现已可通过直接方式合成——作为基于地球丰富元素的多种半导体应用的候选材料，与黄铁矿同样有前景。
引用
@article{arxiv.2111.12440,
title = {Synthetic control over polymorph formation in the d-band semiconductor system FeS$_2$},
author = {KeYuan Ma and Robin Lefèvre and Qingtian Li and Jorge Lago and Olivier Blacque and Wanli Yang and Fabian O. von Rohr},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.12440},
year = {2021}
}
备注
Supporting Information available at publisher's page: https://www.rsc.org/suppdata/d1/sc/d1sc03026d/d1sc03026d1.pdf