Influence of cation substitution on the electrical conductivity of microcrystalline ceramics based on (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I solid solutions

• Опубліковано в: : Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Дата: 2021
• Автори: Studenyak, I.P., Pogodin, A.I., Studenyak, V.I., Malakhovska, T.O., Filep, M.J., Kokhan, O.P., Takats, V., Kökényesi, S.
• Формат: Стаття
• Мова: Англійська
• Опубліковано: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2021
• Теми: Semiconductor physics
• Онлайн доступ: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/216184
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Цитувати: Influence of cation substitution on the electrical conductivity of microcrystalline ceramics based on (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I solid solutions / I.P. Studenyak, A.I. Pogodin, V.I. Studenyak, T.O. Malakhovska, M.J. Filep, O.P. Kokhan, V. Takats, S. Kökényesi // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2021. — Т. 24, № 2. — С. 131-138. — Бібліогр.: 37 назв. — англ.

Ceramic samples based on the microcrystalline powders (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) were prepared by pressing them at a pressure close to 400 MPa and subsequent annealing at 873 K for 36 hours. Using the microstructural analysis, the average size of microcrystallites of these samples was determined. Investigation of electrical conductivity of ceramics based on (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I solid solutions was carried out using the method of impedance spectroscopy in the frequency range from 10 Hz to 3×10⁵ Hz and within the temperature range 293...383 K. Analysis of the Nyquist plots allowed determining the contributions of ionic and electronic components to the total electrical conductivity. The temperature dependence of ionic and electronic conductivity in Arrhenius coordinates is linear, which indicates their thermoactivation character. The compositional behaviour of ionic and electronic conductivity, as well as their activation energies, has been studied. Their nonlinear character can be explained by the complex process of recrystallization and Cu⁺ ↔ Ag⁺ cation substitution within the cationic sublattice. Керамічні зразки на основі мікрокристалічних порошків (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I (x = 0, 0.25, 0.5, 0.75, 1) виготовлено шляхом їх пресування при тиску ~ 400 МПа з наступним відпалом при температурі 873 K протягом 36 годин. Методом мікроструктурного аналізу визначено розміри кристалітів одержаних керамік. Дослідження електропровідності керамічних матеріалів (Cu₁₋ₓAgₓ)₇GeSe₅I проведено методом імпедансної спектроскопії у частотному діапазоні 10 ‒ 3·10⁵ Гц та у температурному інтервалі 293–383 К. За результатами аналізу частотної залежності електропровідності на діаграмах Найквіста визначено внески іонних та електронних компонентів електропровідності, а також їх співвідношення. Термоактиваційний характер електропровідності підтверджено на основі лінійності температурних залежностей її компонентів в арреніусівських координатах. Побудовано відповідні концентраційні залежності іонних та електронних компонентів електропровідності та їх енергій активації. Встановлено, що вони мають нелінійний характер, який пояснюється складним процесом рекристалізації та заміщенням Cu⁺↔Ag⁺ у межах катіонної підґратки.