銻化鉍
| 銻化鉍 | |
|---|---|
| 識別 | |
| CAS編號 | 12323-19-2 |
| PubChem | 69145232.1.1InChI |
| ChemSpider | 11201349 |
| SMILES |
|
| InChIKey | AEMQIQQWIVNHAU-UHFFFAOYSA-N |
| 性質 | |
| 化學式 | BiSb |
| 摩爾質量 | 330.74 g/mol g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 淡灰色至深灰色固體 |
| 密度 | 8.31 g/cm3 |
| 溶解性 | 不可溶 |
| 結構 | |
| 晶體結構 | 六方晶系, A7, 空間群= R3m, No. 166 |
| 危險性 | |
GHS危險性符號 
| |
| GHS提示詞 | Warning |
| H-術語 | H302, H332, H411 |
| P-術語 | ? |
| NFPA 704 |
 0
2
0
|
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
銻化鉍（英語：Bismuth antimonides，Bismuth-antimonys），又稱鉍銻合金（英語：Bismuth-antimony alloys），化學式為Bi1−xSbx，為銻和鉍組成的一系列化學計量比的二元合金。
其中Bi0.9Sb0.1是第一個實驗觀察到的三維拓撲絕緣體材料，即表面導電而內部絕緣的材料[1]。
不同成分比的BiSb合金在低溫下是一種超導體[2]，其同時也具有半導體特性[3]和熱電性質[4]。
銻化鉍有時也描述為Bi2Sb2（見右表）[5]。
合成
[編輯]銻化鉍晶體可通過在惰性氣氛或真空條件下熔化銻和鉍兩種金屬得到，並通過區域熔煉來減少雜質，提高純度[4]。去除雜質對獲得銻化鉍單晶至關重要，因為雜質氧化會引發多晶生長（非均相成核）[3]。
性質
[編輯]拓撲絕緣體
[編輯]純鉍是一種半金屬，即具有窄帶隙，使得其具有相對較高的導電性（電導率=7.7×105 S/m ， 20 °C）。當摻入銻後，導帶能階下降，價帶能階增加。當銻摻雜濃度達到4%時，導帶與價帶交叉，形成狄拉克點[1]。銻濃度進一步增加會導致能帶反轉，此時價帶能階在特定動量下比導帶能階高。在銻濃度介於7%和22%之間時，價帶和導帶不再交叉，此時Bi1−xSbx變成能帶反轉絕緣體[6]。在這種情況下，銻的表面態帶隙消失，形成表面導電的拓撲絕緣體性質[1]。
超導體
[編輯]Bi1−xSbx具有超導體性質，在厚度為150–1350 Å的Bi0.4Sb0.6薄膜時，臨界溫度Tc可達到最高的2 K[2]。對於Bi0.935Sb0.065單晶在臨界磁場強度Bc = 1.6 T下，臨界溫度可達4.2 K[7]。
半導體
[編輯]Bi1−xSbx具有半導體性質。在40 K下，Bi1−xSbx的電子遷移率介於4.9×105 cm2/V·s（銻含量Sb%=0 %）和2.4×105 cm2/V·s（Sb%=7.2%）之間[3]。其電子遷移率比常見的矽半導體（1400 cm2/V·s，室溫）高得多[8]。
電子有效質量（EEM）是另一個描述半導體性能的參數。對於Bi1−xSbx，x=0.11時，電子有效質量為2×10−3 me，在x=0.06時則為9×10−4 me[1]。其比許多常見的半導體材料電子有效質量要低得多，如Si：1.09 me，300K；Ge：0.55 me；GaAs：0.067 me。Bi1−xSbx低電子有效質量使得其在熱光伏領域很很好的運用。
熱電效應
[編輯]Bi1−xSbx被用於許多熱電設備的n型半導體極。熱電效率用係數zT = σS2T/λ描述，其中S 為塞貝克係數, λ 為熱導率, σ為電導率。zT描述的是熱電提供的能量與設備吸收的熱量之比。在80 K下，Bi1−xSbx在x=0.15時達到最大的6.5×10−3 K−1[4]。對於Bi0.9Sb0.1，塞貝克係數S更是達到了−140 μV/K，遠低於純鉍的−50 μV/K[9]。
參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Hsieh, D.; Qian, D.; Wray, L.; Xia, Y.; Hor, Y. S.; Cava, R. J.; Hasan, M. Z. A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase. Nature. 2008-04-24, 452 (7190): 970–974. Bibcode:2008Natur.452..970H. ISSN 0028-0836. PMID 18432240. S2CID 4402113. arXiv:0902.1356
. doi:10.1038/nature06843.
- ^ 2.0 2.1 Zally, G. D.; Mochel, J. M. Fluctuation Heat Capacity in Superconducting Thin Films of Amorphous BiSb. Physical Review Letters. 1971, 27 (25): 1710–1712. Bibcode:1971PhRvL..27.1710Z. doi:10.1103/physrevlett.27.1710.
- ^ 3.0 3.1 3.2 Jain, A. L. Temperature Dependence of the Electrical Properties of Bismuth-Antimony Alloys. Physical Review. 1959, 114 (6): 1518–1528. Bibcode:1959PhRv..114.1518J. doi:10.1103/physrev.114.1518.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Smith, G. E.; Wolfe, R. Thermoelectric Properties of Bismuth-Antimony Alloys. Journal of Applied Physics. 1962-03-01, 33 (3): 841–846. Bibcode:1962JAP....33..841S. ISSN 0021-8979. doi:10.1063/1.1777178.
- ^ PubChem. Bismuth, compd. with antimony (1:1). pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. [2021-06-15] （英語）.
- ^ Shuichi Murakami. Phase transition between the quantum spin Hall and insulator phases in 3D: emergence of a topological gapless phase. New Journal of Physics. 2007, 9 (9): 356. Bibcode:2007NJPh....9..356M. S2CID 13999448. arXiv:0710.0930 . doi:10.1088/1367-2630/9/9/356.
- ^ Kasumov, A. Yu.; Kononenko, O. V.; Matveev, V. N.; Borsenko, T. B.; Tulin, V. A.; Vdovin, E. E.; Khodos, I. I. Anomalous Proximity Effect in the Nb–BiSb–Nb Junctions. Physical Review Letters. 1996, 77 (14): 3029–3032. Bibcode:1996PhRvL..77.3029K. PMID 10062113. doi:10.1103/physrevlett.77.3029.
- ^ Electrical properties of Silicon (Si). www.ioffe.rssi.ru. [2015-12-11].
- ^ Goldsmid, H. J. Bismuth–antimony alloys. Physica Status Solidi A. 1970-01-16, 1 (1): 7–28. Bibcode:1970PSSAR...1....7G. ISSN 1521-396X. doi:10.1002/pssa.19700010102.
