二セレン化ニオブ

二セレン化ニオブ
2H NbSe 2構造
1つのサンプル中に異なるNbSe 2構造が局所的に共存していることを示す電子顕微鏡写真
名前
その他の名前
セレン化ニオブ(IV)
識別子
  • 12034-77-4
3Dモデル（JSmol）
  • インタラクティブ画像
ケムスパイダー
  • 74754
ECHA 情報カード100.031.634
EC番号
  • 234-811-8
  • 82841
  • DTXSID501014243
  • InChI=1S/Nb.2Se
    キー: CXRFFSKFQFGBOT-UHFFFAOYSA-N
  • [Se]=[Nb]=[Se]
プロパティ
ニオブセレン2
モル質量250.83 g/mol [1]
外観灰色の実線[1]
密度6.3 g/cm 3 [1]
融点>1300℃ [1]
構造
hP6、空間群 P6
3/mmc、第194号[2]
a  = 0.344 nm、c  = 1.254 nm
三角柱状（Nb IV）
錐状（Se 2−）
関連化合物
その他の陰イオン
二酸化ニオブ
その他の陽イオン
二セレン化モリブデン
二セレン化タングステン
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。

二セレン化ニオブまたはセレン化ニオブ(IV)は、化学式NbSe 2で表される層状遷移金属二カルコゲニドです。二セレン化ニオブは潤滑剤であり、7.2 K以下の温度で電荷密度波（CDW）を示す超伝導体です。NbSe 2はいくつかの類似した形態で結晶化し、他の遷移金属二カルコゲニド単層と同様に、機械的に単原子層に剥離することができます。単層NbSe 2は、イジング超伝導、量子金属状態、CDWの強い増強など、バルク材料とは非常に異なる特性を示します。[3]

合成

CVD 中の Se 粉末温度の関数としてのNbSe 2層の数。

二セレン化ニオブの結晶および薄膜は、化学気相成長法（CVD）によって成長させることができる。酸化ニオブ、セレ​​ン、および塩化ナトリウムの粉末を、炉の軸方向に温度勾配を維持できる炉内で、常圧下で300～800℃の範囲の異なる温度に加熱する。粉末は炉内の異なる場所に配置され、アルゴンと水素の混合ガスがキャリアガスとして使用される。セレン粉末の温度を変化させることで、NbSe 2 の厚さを正確に制御することができる。[3]

NbSe2単分子膜はバルクから剥離したり、分子線エピタキシー法で堆積したりすることもできる。[3]

構造

二セレン化ニオブは、1H、2H、4H、3Rといった様々な形態で存在します。Hは六方晶系、Rは菱面体晶系を表し、1、2などの数字は単位格子中のSe-Nb-Se層の数を表します。Se-Nb-Se層は比較的弱いファンデルワールス力で結合しており、剥離して1H単分子層を形成することができます。これらの層は様々な方法でずれることで異なる結晶構造を形成することができ、最も安定なのは2Hです。[4]

プロパティ

超伝導体

NbSe 2は臨界温度T C = 7.2 Kの超伝導体である。[5] NbSe 2層に他の原子が挿入されるか、サンプルの厚さが減少すると臨界温度は低下し、単層ではT Cは約1 Kである。[3]最近の研究では、 NbSe 2デバイスで赤外線光検出が可能であることがわかっている。[6]

電荷密度波

CDWとともに、格子は26 K付近で周期的な格子歪みを生じる。この周期は結晶格子の3倍であるため、3×3の超格子が形成される。[7]また、電荷密度波と相関しているが位相が2π⁄3ずれたクーパー対密度波も存在する。 [8]

摩擦

NbSe2シートは非常に薄い場合に摩擦が高くなります。[9]

インターカレーション

NbSe 2の各層は弱く結合しているため、異なる物質が層間に浸透し、明確な層間化合物を形成する可能性があります。ヘリウム、ルビジウム、遷移金属、および遷移後金属との化合物が作製されています。層間には、最大3分の1までニオブ原子を追加することができます。

第一遷移金属系列の余分な金属原子は、最大1:3の比率でインターカレーションすることができ、層間に侵入する。[4]ハイブリッドパルスレーザー堆積法（hPLD）を用いてエピタキシャル成長させたNb 1+x Se 2膜において、興味深いスタッキング選択的自己インターカレーション現象が報告されている。[10]現在、高度にインターカレーションされた180°積層層と疎にインターカレーションされた0°積層層がナノメートルスケールで散在している。これは、適切な長さスケールで異なる相をある程度決定論的に分離し、異なる電子状態の領域を実現できる可能性を示唆している。

式ごとにヘリウム原子を2つ挿入すると、層間距離は2.9に、Se-Se距離は3.52に増加する。[11] [12]

ルビジウム

ルビジウムが挿入されると、NbSe 2層はルビジウムを収容するために分離します。個々の層もわずかに圧縮されます。Nb-Se 間距離は一定ですが、層内のNb-Nb 間距離は増加します。層の上部と下部のSe-Se 間距離は減少し、Nb-Se-Nb 間の角度は増加します。余分な電子密度はRb原子からニオブ層に移動します。[13]

バナジウム

バナジウムは、Nbを置換することで、1%まで2H NbSe 2構造に取り込まれる。11%から20%の範囲では、層間に八面体配位したVを含む4Hb構造を形成する。30%を超えると1T構造を形成する。[14]

フェルミエネルギーはdバンドにシフトする。[15]

鉄

鉄を8%以上ドープすると、NbSe2は低温でスピングラス転移を起こすことができる。[16]

水素

高圧高温下では、 NbSe 2に水素が挿入される。式ごとに最大0.9個の水素原子を同じ構造を維持しながら挿入することができる。この比率を超えると、構造はMoS 2の構造に変化する。この転移において、結晶学的なc軸が増加し、常磁性磁化率はゼロに低下する。水素含有量は、50.5気圧でモル比5.2まで上昇する。[17]

マグネシウム

マグネシウムが挿入されると、電子のs状態はセレンと重ならず、超伝導臨界温度を下げる効果はわずかです。[18]

潜在的な用途

ベモル社は、広い温度安定性、非常に低いガス放出、そしてグラファイトよりも低い抵抗といった特性を持つ二セレン化ニオブを真空中の導電性潤滑剤として米国で製造しました。NbSe 2はモーターブラシとして、あるいは銀に埋め込まれて自己潤滑性表面を形成するために使用されました。[19]

参考文献

  1. ^ abcd Haynes, William M. 編 (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . p. 4.78. ISBN 1-4398-5511-0。
  2. ^ Rajora, O. S; Curzon, A. E (1987). 「層状物質NbS x Se 2−x （ 0 ≦ x ≦ 2）の作製とX線回折研究」. Physica Status Solidi A. 99 ( 1): 65. Bibcode :1987PSSAR..99...65R. doi :10.1002/pssa.2210990108.
  3. ^ abcd 王、宏;ファン、シャンウェイ。リン・ジュンハオ。崔、建。チェン、ユウ。朱、チャオ。劉、福才。ゼン、チンシェン。周、嘉東。ユウ、ペン。王雪文。彼、ハイヨン。ツァン、シウホン。高、微博。末永、和。馬、鳳才。ヤン、チャンリー。ルー、リー。ユウ、ティン。テオ、エドウィン・ハン・トン。広東省劉。劉鄭（2017）。 「化学気相成長法で成長させた高品質単層超電導体NbSe2」。ネイチャーコミュニケーションズ。8 (1): 394。ビブコード:2017NatCo...8..394W。土井：10.1038/s41467-017-00427-5。PMC 5577275 . PMID  28855521 . 
  4. ^ ab Lévy, Francis (2012). 層状構造を持つ物質の結晶学と結晶化学. Springer Science & Business Media. pp.  9– 12. ISBN 9789401014335。
  5. ^ NbSe2、真の2次元超伝導体。Physorg（2015年11月6日）
  6. ^ Orchin, GJ; De Fazio, D.; Di Bernardo, A.; Hamer, M.; Yoon, D.; Cadore, AR; Goykhman, I.; Watanabe, K.; Taniguchi, T. (2019-06-24). 「ニオブ二セレン化物超伝導光検出器」. Applied Physics Letters . 114 (25): 251103. arXiv : 1903.02528 . Bibcode :2019ApPhL.114y1103O. doi :10.1063/1.5097389. ISSN  0003-6951. S2CID  119349265.
  7. ^ Riccó, B. (1977). 「ニオブ二セレン化物のフェルミ面と電荷密度波」. Solid State Communications . 22 (5): 331– 333. Bibcode :1977SSCom..22..331R. doi :10.1016/0038-1098(77)91442-9.
  8. ^ Liu, Xiaolong; Chong, Yi Xue; Sharma, Rahul; Davis, JC Séamus (2021-06-25). 「遷移金属二カルコゲニドにおけるクーパー対密度波状態の発見」. Science . 372 (6549): 1447– 1452. arXiv : 2007.15228 . doi :10.1126/science.abd4607. S2CID  220871205.
  9. ^ 「ナノスケールの摩擦特性が明らかに」 。 2017年3月25日閲覧。
  10. ^ Wang, Hongguang; Zhang, Jiawei; Shen, Chen; Yang, Chao; Küster, Kathrin; Deuschle, Julia; Starke, Ulrich; Zhang, Hongbin; Isobe, Masahiko; Huang, Dennis; van Aken, Peter A.; Takagi, Hidenori (2024). 「エピタキシャルNb1+xSe2膜におけるスタッキング選択的自己インターカレーションの直接可視化」. Nature Communications . 15 (1): 2541. doi :10.1038/s41467-024-46934-0. PMC 10957900. PMID  38514672 . 
  11. ^ Birks, AR; Hind, SP; Lee, PM (1976). 「二セレン化ニオブのインターアレートにおけるバンド構造変化」. Physica Status Solidi B. 76 ( 2): 599– 604. Bibcode :1976PSSBR..76..599B. doi :10.1002/pssb.2220760219.
  12. ^ Brown, Bruce E.; Beernsten, Donald J. (1965). 「ニオブおよびタンタルセレン化物における層状構造の多型性」(PDF) . Acta Crystallographica . 18 : 31–38 . doi : 10.1107/S0365110X65000063 .
  13. ^ Bourdillon, AJ; Pettifer, RF; Marseglia, EA (1979). 「ルビジウムをインターカレートした二セレン化ニオブのEXAFS」. Journal of Physics C: Solid State Physics . 12 (19): 3889– 3897. Bibcode :1979JPhC...12.3889B. doi :10.1088/0022-3719/12/19/007.
  14. ^ Bayard, Michel; Mentzen, Bernard F.; Sienko, MJ (1976). 「バナジウム置換ニオブ二セレニドの合成と構造的側面」無機化学15 ( 8): 1763– 1767. doi :10.1021/ic50162a005.
  15. ^ イブラヘム、モハメド・アジズ;ファン・ウェイチー;ラン、ティエンウェイ。ブーパティ、カルナカラ・ムーシー。シャオ、ユーチェン。チェン、チーハン。ブディアワン、ウィディヤ;チェン、ヤンユアン。チャン・チアセン。リー、レインジョン。蔡志宏；チュー、チーウェイ (2014)。 「バルク二セレン化ニオブの制御された機械的開裂により、Ptフリー色素増感太陽電池用のナノスケールのシート、ロッド、および粒子構造が得られます。」材料化学ジャーナル A。2 (29): 11382.土井:10.1039/c4ta01881h.
  16. ^ Chen, MC; Slichter, CP (1983年1月1日). 「スピングラスのゼロ磁場NMR研究：鉄ドープ二セレン化ニオブ」 . Physical Review B. 27 ( 1): 278– 292. Bibcode :1983PhRvB..27..278C. doi :10.1103/PhysRevB.27.278. OSTI  5197013.
  17. ^ Kulikov, Leonid M.; Lazorenko, Vasilii I.; Lashkarev, Georgii V. (2002). 「二セレン化ニオブの水素インターカレート粉末の磁化率」.粉末冶金および金属セラミックス. 41 (1/2): 107– 111. doi :10.1023/A:1016076918474. S2CID  91726908.
  18. ^ ナイク、スバム;カライアラサン、ソメシュ。ナス、ラメッシュ C.サランギ、サチンドラ N.サフ、アクシャイ・Ｋ．サマル、デバカンタ。ビスワル、ヒマンス S.サマル、サロジ・L.（2021年3月10日）。 「2H-NbSe 2 の超電導特性に対する Mg インターカレーションの名目上の効果」。無機化学。60 (7): 4588–4598。土井:10.1021/acs.inorgchem.0c03545。PMID  33689330。S2CID 232197802  。
  19. ^ アングロベル社 (1965年10月). 「二セレン化ニオブ潤滑剤」.真空. 15 (10): 511. doi :10.1016/0042-207X(65)90361-1.
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