Сотрудники химического факультета МГУ обнаружили новые полупроводниковые интерметаллиды, состоящие из металлов рения, галлия и германия. Существование всех трех элементов было предсказано Дмитрием Менделеевым. В год 150-летия Периодической таблицы химических элементов российские химики представили исследование о системе, состоящей из этих элементов.

Результаты работы опубликованы в журнале Inorganic Chemistry и Chemical Communications. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).

Интерметаллид — это химическое соединение, состоящее минимум из двух сортов атомов, каждый из которых металл. В состав интерметаллида могут входить элементы с полуметаллическими свойствами, такие как кремний, германий или сурьма. В отличие от сплавов, структура которых обычно полностью идентична структуре преобладающего компонента, интерметаллиды – однородные химические соединения, кристаллическое строение которых не повторяет структур составляющих их металлов.

Все металлы характеризуются набором сходных физических свойств – ковкость, пластичность, хорошие тепло- и электропроводность. А соединения, принадлежащие к классу интерметаллидов, могут обладать совершенно разными свойствами. Спектр функциональных свойств настолько широк, что среди интерметаллидов встречаются как обычные металлические проводники, так и изоляторы, и сверхпроводники, магнитные материалы и вещества с эффектом памяти формы (например, нитинол – соединение никеля и титана). Это делает класс интерметаллидов уникальным в своем роде.

Особое место занимают полупроводниковые интерметаллиды, которые весьма редки и используются, в основном, в качестве термоэлектрических элементов – устройства, способные преобразовывать энергию тепловую в электрическую либо, наоборот, электрическую в тепловую.

Знания ученых о взаимосвязи структуры и свойств интерметаллидов пока не достигли того уровня, который бы позволил создать надежную классификацию. Она нужна, чтобы прогнозировать взаимосвязь между кристаллическим и электронным строением, составом и функциональным свойством интерметаллидов. Существуют лишь частные концепции для конкретных семейств соединений. Поэтому изучают интерметаллиды пока традиционным эмпирическим способом – из общих соображений ученые делают предположение о существовании интерметаллидов, затем проводят синтез и исследуют систему.

«Сотрудники химического факультета, кафедры неорганической химии под руководством профессора, доктора химических наук Андрея Шевелькова обнаружили ранее неисследованные интерметаллиды в системе рений-галлий-германий», – прокомментировал и.о. декана химического факультета МГУ, член-корреспондент РАН Степан Калмыков.

В двойных системах (германий-галлий, германий-рений, галлий-рений) практически отсутствуют устойчивые при обычных условиях промежуточные соединения. Однако, в тройной системе химики МГУ обнаружили 4 интерметаллида, о двух из которых – ReGaGe2 и ReGa0.4Ge0.6 выпустили публикации. Галлий и рений – типичные металлы, с металлическим блеском, их электрическое сопротивление растет с ростом температуры. Один из интерметаллидов в тройной системе оказался хрупким, порошкообразным веществом с полупроводниковыми свойствами, что крайне редко для интерметаллидов. Исследования электронной структуры были проведены в Cуперкомпьютерном комплексе МГУ.

«По результатам расчётов мы обнаружили сильную локализацию электронной плотности между определёнными атомами, что не типично для большинства интерметаллидов, в которых обычно электронная плотность равнораспределена между всеми атомами, как в металлах», – прокомментировал результаты один из авторов работы, аспирант МГУ Максим Лиханов.

Дальнейшие исследования научной группы будут направлены на изучение термоэлектрических свойств новых соединений в области высоких температур, а также на поиск родственных соединений на основе других переходных металлов, таких как молибден, вольфрам и тантал.

Пресс-служба МГУ