Crystal Structure of ZnxCd1-xS Nanocrystals Obtained by Self-Propagating High-Temperature Synthesis

Abstract

Нанокристали ZnxCd1-xS були отримані методом саморозповсюджуваного високотемпературного синтезу. Синтез проводили в повітряному середовищі за атмосферного тиску. Нам вдалося синтезувати нанокристали, близькі до CdS (0 ≤ x < 0,2), а також близькі до ZnS (0,8 ≤ x ≤ 1), змінюючи співвідношення Zn і Cd з 0 до 1 з кроком 0,1 у реальному продукті. Їх розміри визначали за методом Шеррера і знаходилися в межах 40÷60 ± 5 нм. Нанокристали ZnxCd1-xS усіх складів характеризувались змішаною кристалічною структурою; максимальна частка кубічної фази характерна для складів, близьких до ZnS, а мінімальна – для складів, близьких до CdS. Ступені мікродеформації кристалічної решітки нанокристалів ZnxCd1-xS були в межах 1,05·104÷3,97·103; густину дислокацій визначали в межах 7,91·1010÷3,1·1011. На основі аналізу спектрів ЕПР було показано, що при зміні локального оточення іонів Mn2+ із збільшенням параметра x константа надтонкої структури ЕПР іонів Mn2+ стрибкоподібно зменшувалася від значення А = 7,00÷7,06 мТ до значення А = 6,84 мТ. Наявність лінії ЕПР іонів Cr+ у неосвітлених нанокристалах ZnS та Zn0,8Cd0,2S може побічно вказувати на провідність n-типу отриманих зразків.

ZnxCd1-xS nanocrystals were obtained by self-propagating high-temperature synthesis. The synthesis was carried out in an air environment at atmospheric pressure. We managed to synthesize nanocrystals close to CdS (0 ≤ x < 0.2), as well as close to ZnS (0.8 ≤ x ≤ 1) by changing the ratio between Zn and Cd from 0 to 1 with a step of 0.1 in a real product. Their sizes were determined by the Scherrer method and were in the range of 40÷60 ± 5 nm. ZnxCd1-xS nanocrystals of all compositions were characterized by a mixed crystal structure; the maximum proportion of the cubic phase was typical of compositions close to ZnS, and the minimum one – of compositions close to CdS. The degrees of microdeformations of the crystal lattice of ZnxCd1-xS nanocrystals were within 1.05∙104÷3.97∙103; dislocation densities were determined within 7.91∙1010÷3.1∙1011. Based on the analysis of the EPR spectra, it was shown that when the local environment of Mn2+ ions changed with increasing parameter x, the constant of the EPR hyperfine structure of Mn2+ ions explosively decreased from the value А = 7.00÷7.06 mТ to the value А = 6.84 mТ. The presence of the EPR line of Cr+ ions in unlit ZnS and Zn0.8Cd0.2S nanocrystals may indirectly indicate n-type conductivity of the samples obtained.