Исследование фазовых равновесий тройной системы Zn—Se—Fe для лазерных технологий

The problem of obtaining crystalline ZnSe doped with d-elements for obtaining high-efficiency laser materials with characteristics in a wide IR range don’t possible successfully solved without reliable data on phase equilibrium and solubility of the components entering the system. The theoretical and experimental analysis of the three-component Zn—Se—Fe system for obtaining new fundamental information on phase using X-ray analysis (XRD) and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was carried out. New experimental data of isothermal annealing in the ternary Zn—Se—Fe system at the temperatures 730 K (I, II), 814 K (III, IV), 1073 K (V), as well as information on Fe solubility in bi- and monovariant conditions by X-ray studies have shown the existence of the coexistence of the following phases: Fe3Zn10-Fe11Zn40-Zn-ZnSe (I), ZnSe-FeSe2-Fe7Se8 (II), ZnSe-Fe3Zn10-Fe (III), FeSe2-Fe7Se8-Se (IV), ZnSe-FeSe- Fe3Se4 (V), ZnSe-FeSe (VI) and confirmed the reliability of theoretical isothermal sections.Проведен теоретический и экспериментальный анализ фазовых равновесий в тройной системе Zn—Se—Fe с применением рентгенофазового анализа и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Получены данные о моновариантных равновесиях в изотермических сечениях при температуре 730, 814 и 1073 К, а также сведения о растворимости железа в условиях би- и моновариантных равновесий при 1073 К. Определен фазовый состав образцов системы Zn—Se—Fe, синтезированных при различных температурах и разном валовом составе. Подтверждена достоверность теоретически построенных изотермических сечений Т—Х—Y-проекции P—T— Х—Y-диаграммы тройной системы Zn—Se—Fe

ОБЛАСТЬ ГОМОГЕННОСТИ ТЕЛЛУРИДА ЦИНКА

The homogeneity limits of ZnTe were examined using direct physical−chemical technique in the temperature range 750—1455 K. It was demonstrated that surface oxidation in the room environment results in the distortion of the observed picture such that an excess of a component may appear with a negative sign. At the same time, in the case of non−oxidized ZnTe, it was demonstrated for the first time the stoichiometrical composition lies within the homogeneity limits. The maximum nonstoichiometries were found to be a 3.4 × 10-4 and 4.4 × 10-3 mole excess of a component per mole of ZnTe for Te at 1369 K and Zn at 1292 K, respectively. At T < 1200 K the solidus lines of both the Te- and Zn-rich boundaries demonstrated retrograde behavior. On the basis of the results obtained from X-ray diffraction and optical microscopy measurements performed on quenched samples, a T—x-projection including a wurtzite-sphalerite-like phase transformation was proposed for the Zn—Te-system.Прямым физико-химическим методом исследована область гомогенности ZnTe в интервале температур 750—1455 K. Показано, что при хранении препаратов ZnTe на воздухе при комнатной температуре происходит окисление его поверхности, в результате которого определяемая концентрация сверхстехиометрического компонента смещается в сторону избытка теллура. Для неокисленных препаратов впервые было показано, что область гомогенности теллурида цинка носит двусторонний характер. Максимальная концентрация избыточного компонента составила: со стороны избытка теллура — 3,4 · 10−4 моль изб. Те/моль ZnTe при 1325 К, со стороны избытка цинка — 4,4 · 10−3 моль изб. Zn/моль ZnTe при 1292 К. Установлено, что при температурах ниже 1200 К линия солидуса имеет ретроградный характер. Учитывая результаты РФА и оптической микроскопии, сделан вывод, что полиморфный переход «вюрцит — сфалерит» в ZnTe протекает по перитектической реакции со стороны избытка обоих компонентов

Глубокая очистка теллура для производства материалов электроники и фотоники

The regularities of impurity distribution between the distillate and the still as well as the spatial  distribution of impurities  along  the distillate length have been studied. We conclude that some impurities such as s−metals, Zn, Ni, V and rare metals distribute uniformly along the distillate length (20 cm). Contrarily, Se tends to concentrate in the distant (from the still) region  of distillate with more  than one order  of magnitude higher concentration compared to the nearest region.Для проведения процесса получе ния высокочистого теллура методом вакуумной  дистилляции предложена конструкция реактора из высокочистых кварцевого стекла и графита. В ходе процесса расплав теллура испаряется, пар переносится из горячей части системы в более холодную и конденсируется в виде твердой фазы (дистиллята) без образования жидкости. Изучены закономерности перераспределения примесей между дистиллятом и кубовым остатком, а также пространственное распределение примесей в дистилляте при проведении очистки металлического теллура. Установлено, что часть примесей, например щелочные металлы, Zn, Ni, V, редкоземельные металлы распределены равномерно по длине  дистиллята (20  см). В то же время концентрация Se в дальней (от перегонного куба) части дистиллята превышает концентрацию в ближней части на порядок

Sensitivity projections for a dual-phase argon TPC optimized for light dark matter searches through the ionization channel

Dark matter lighter than 10 GeV/c$^2$ encompasses a promising range of candidates. A conceptual design for a new detector, DarkSide-LowMass, is presented, based on the DarkSide-50 detector and progress toward DarkSide-20k, optimized for a low-threshold electron-counting measurement. Sensitivity to light dark matter is explored for various potential energy thresholds and background rates. These studies show that DarkSide-LowMass can achieve sensitivity to light dark matter down to the solar neutrino floor for GeV-scale masses and significant sensitivity down to 10 MeV/c$^2$ considering the Migdal effect or interactions with electrons. Requirements for optimizing the detector's sensitivity are explored, as are potential sensitivity gains from modeling and mitigating spurious electron backgrounds that may dominate the signal at the lowest energies

Hybrid Ultra-Low-Radioactive Material for Protecting Dark Matter Detector from Background Neutrons

A laboratory technology for a new ultra-low background hybrid material (HM) which meets the requirements for neutron absorption with simultaneous neutron detection has been developed. The technology and hybrid material can be useful for future low background underground detectors designed to directly search for dark matter with liquid noble gases. The HM is based on a polymethylmethacrylate (PMMA) polymer matrix in which gadolinium nuclei are homogeneously distributed up to 1.5 wt% concentration in polymer slabs of 5 cm thickness. To determine the 65 impurity elements by the inductively coupled plasma mass-spectrometry (ICP-MS) technique in the Gd-based preparations in 100–0.01 ppb range, the corresponding method has been developed. Limits of determination (LD) of 0.011 ppb for uranium, and 0.016 ppb for thorium were achieved. An analysis of Gd raw materials showed that the lowest contents of U and Th (1.2–0.2 ppb) were detected in commercial Gd-based preparations. They were manufactured either from secondary raw materials (extraction phosphoric acid) or from mineral raw materials formed in sedimentary rocks (phosphogypsum). To produce the Gd-doped HM the commercial GdCl3 was purified and used for synthesis of low-background coordination compound, namely, acetylacetonate gadolinium (Gd(acac)3) with U/Th contents less than LD. When dissolving Gd(acac)3 in methylmethacrylate, the true solution was obtained and its further thermal polymerization allowed fabrication of the Gd-doped PMMA with ultra-low background