硫化タンタル(IV)

硫化タンタル(IV)

2つの積層されたS-Ta-Sシートを示す結晶構造
名前
その他の名前 二硫化タンタル
識別子
CAS番号	12143-72-5 はい
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像
ECHA 情報カード	100.032.047
パブケム CID	82945
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ６０６５２６０
InChI InChI=1S/2S.Ta
笑顔 S=[た]=S
プロパティ
化学式	タス2
モル質量	245.078 g/モル[1]
外観	ポリタイプによって金色または黒色の結晶[1]
密度	6.86 g/cm3 [ 1]
融点	>3000℃ [1]
水への溶解度	不溶性[1]
関連化合物
その他の陰イオン	テルル化タンタル 二セレン化タンタル
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

硫化タンタル(IV)は、化学式Ta S ₂の無機化合物である。三配位硫化物中心と三方柱状または八面体金属中心を持つ層状化合物である。 ^[2]二硫化モリブデンMoS ₂や他の多くの遷移金属二カルコゲニドと構造的に類似している。二硫化タンタルには、1T-TaS2、2H-TaS2、3R-TaS2の3つの多形があり、それぞれ三方晶、六方晶、菱面体を表す。

_{1T-TaS 2}ポリタイプの特性については既に報告されている。^{[3] [4] [5]}

CDW、すなわち電子-フォノン相互作用によって誘起される周期的な歪み^[6]は、13個の原子のクラスターによって構成される超格子の形成によって現れ、これはダビデの星（SOD）と呼ばれ、周囲の12個のTa原子が星の中心に向かってわずかに動きます。^[7] 1T-TaS2電荷密度波相には、整合電荷密度波（CCDW）、ほぼ整合電荷密度波（NCCDW）、不整合電荷密度波（ICCDW）の3つがあります。CCDW相では、材料全体が超格子で覆われていますが、ICCDW相では原子は動きません。NCCDWは、SODクラスターがほぼ六角形の領域内に閉じ込められているため、2つの相の間の相です。1T-TaS2の相転移は温度差によって達成でき、これは材料の相転移を達成するための最も研究されている方法の1つです。高温で金属となる他の多くの遷移金属ジカルコゲニド（TMD）化合物と同様に、550 K から 50 K までの一連の電荷密度波（CDW）相転移を示します。その中でも珍しいのは、多くの酸化物と同様に、電子相関から生じると考えられている 200 K 未満の低温絶縁状態を示すことです。絶縁状態は一般にモット状態によるものです。^[8] 550K まで冷却すると、1T-TaS2 は金属から ICCDW に転移し、次に 350K 以下に冷却すると NCCDW になり、最終的に 180K 未満で CCDW になります。ただし、温度変化が温度の上昇によって達成される場合、CCDW 相と NCCDW 相の間に別の相が現れることがあります。三斜晶系電荷密度波（TCDW）もCCDWとICCDWのハイブリッド状態ですが、違いは、閉じた六角形の領域を形成する代わりに、材料が異なる原子シフトを持つストリップを形成することです。1T-TaS2を低温で加熱すると、220Kで最初の遷移がCCDWからTCDWに起こります。次に、材料を280K以上に加熱し続けると、材料の相はNCCDWに遷移します。^{[9] [10]}また、圧力下またはドーピング時に超伝導になり、ドーパントまたは置換された等価元素濃度の関数として、よく知られたドーム状の相図を示します。

準安定性。1T -TaS _{2 は}、TMD だけでなく、一般的な「量子材料」の中でも、低温で準安定金属状態を示す点でユニークです。^[11]絶縁状態から金属状態への切り替えは、光学的に、または電気パルスの適用によって実現できます。金属状態は約 20K 未満で持続しますが、その寿命は温度を変えることで調整できます。準安定状態の寿命は、歪みによっても調整できます。状態間の電気的に誘導される切り替えは、超高速のエネルギー効率の高いメモリデバイスに使用できるため、現在注目されています。^[12]

局在電子のフラストレーションのある三角形の配置のため、この物質は何らかの形の量子スピン液体状態をサポートしていると考えられており、電子ドナーの挿入ホストとして数多くの研究が行われてきました。 ^[13]

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  サンプル多結晶TaS ₂
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  輸送反応により成長した1T-TaS _2結晶
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  _{(a): 1T-TaS 2}の David スターパターンの概略図。緑色の原子が S、紫色の原子が Ta。(b) と (c) は、STM チップを通して 2.8 V パルスを印加する前と印加した後の STM 画像 (6.5 K) です。挿入図は約 10 倍に拡大した画像を示しています。
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  _{1T-TaS 2} （298 K）の原子分解能画像。HAADF STEMを使用して取得。スケールバーは2nm。^[14]

TaS _{2は、粉末状の}タンタルと硫黄を約900℃で反応させることによって製造される。 ^[15]輸送剤としてヨウ素を使用した化学気相輸送によって精製され、結晶化される。 ^[16]

TaS ₂ + 2 I ₂ ⇌ TaI ₄ + 2 S

簡単に割れ、特徴的な金色の光沢があります。空気に長時間さらされると、酸化物層が形成され、表面が黒くなります。薄膜は、化学蒸着法と分子線エピタキシー法で作成できます。

_{TaS 2}には3つの主要な結晶相が知られています。単位格子あたり1枚のS-Ta-Sシートを持つ三方晶系1T 、2枚のS-Ta-Sシートを持つ六方晶系2H、および3枚のS-Ta-Sシートを持つ菱面体晶系3Rです。4H相と6R相も観察されていますが、頻度は低いです。これらの多形は、主にシート構造ではなく、S-Ta-Sシートの相対的な配置によって異なります。^[17]

2H-TaS ₂はバルク転移温度 T _C = 0.5 K の超伝導体で、数原子層の厚さの薄片では 2.2 K まで上昇します。^[15]バルクの T _C値は 10 GPa で最大約 8 K まで上昇し、圧力の増加とともに飽和します。^[18]対照的に、1T-TaS _{2 は}約 2 GPa でのみ超伝導を開始し、圧力の関数として T _{C は}急速に約 4 GPa で最大 5 K まで上昇し、その後飽和します。^[8]

常圧および低温では、1T-TaS _2はモット絶縁体である。^[8]加熱すると、 T _TCDW〜 220 Kで三斜晶系電荷密度波(TCDW) 状態に変化し、 ^{[19] [20] [21]、 T} _NCCDW〜 280 Kでほぼ整合電荷密度波(NCCDW) 状態に変化し、 ^{[2]、 T} _ICCDW〜 350 Kで不整合 CDW (ICCDW) 状態に変化し、 ^{[2] 、T} _M〜 600 Kで金属状態に変化する。^[14]

CDW 状態では、TaS _{2格子が変形して周期的な}ダビデの星のパターンを形成します。CDW 状態に (例: 50fs) 光レーザーパルス^[11]または電圧パルス (~2～3 V) を電極^[22]または走査トンネル顕微鏡(STM) を通して適用すると、電気抵抗が低下し、ナノメートルサイズのドメインで構成される「モザイク」またはドメイン状態が生成されます。この状態では、ドメインとその壁の両方が金属伝導性を示します。このモザイク構造は準安定であり、加熱すると徐々に消えます。^{[16] [23] [22]}

光または電気パルスによる「モザイク」またはドメイン状態への物質の切り替えは、「電荷構成メモリ」（CCM）デバイスに使用されます。このようなデバイスの特徴は、低温で非常に効率的で高速な非熱抵抗スイッチングを示すことです。^[12]電荷密度波発振器の室温での動作と、CDW状態の熱駆動GHz変調が実証されています。^{[24] [25]}

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