CRYSTAL STRUCTURE OF THE QUATERNARY SEMICONDUCTOR COMPOUND CuFeCrSe3

Overview & Synopsis

The compounds with ternary structures of the chalcopyrite family Cu-III-Se2 (III = Al Ga In Cr) form a wide group of semiconductor materials with diverse optical and electrical properties and the addition of FeSe binary compound produces alloys of the type (Cu-III-Se2)1-x(Fe-Se)x. These types of materials have received increasing attention as promising thermoelectric materials due to their high efficiency tunable transport properties high elemental abundance and low toxicity. This work aims to synthesize and characterize structurally a new material belonging to this semiconductor system with x = ½ the quaternary compound CuFeCrSe3. This material was prepared by the melt and anneal technique and its structure was refined from Xray powder diffraction pattern using the Rietveld method. The X-ray powder pattern was mainly composed of CuFeCrSe3 (79.1%) with CuCr2Se4 (20.9%) appearing as secondary phase. The principal phase crystallizes with tetragonal symmetry in the space group P 4 2c (Nº 112) Z = 1 with a = 5.5082(2) Å c = 10.943(1) Å V = 332.01(1) Å3. The refinement of 18 instrumental and structural parameters led to Rp = 8.8 % Rwp = 9.1 % Rexp = 7.8 % and S = 1.2. This material belonging to the semiconductor system I-II-III-VI3 crystallizes with a CuFeInSe3-type structure in a normal adamantane-structure. CuFeCrSe3 is a new semiconductor compound related to the superionic phase CuCrSe2 and can be considered as a potential candidate for mediumtemperature thermoelectric applications. --- Resumo --- Os compostos com estruturas ternárias da família da calcopirita Cu-III-Se2 (III = Al, Ga, In, Cr) formam um amplo grupo de materiais semicondutores com diversas propriedades ópticas e elétricas, e a adição do composto binário FeSe produz ligas do tipo (Cu-III-Se2)1-x (Fe-Se)x. Esses tipos de materiais têm recebido atenção crescente como promissores materiais termoelétricos devido à sua alta eficiência, propriedades de transporte sintonizáveis, alta abundância elementar e baixa toxicidade. Este trabalho buscou sintetizar e caracterizar estruturalmente um novo material pertencente a este sistema semicondutor com x = ½, o composto quaternário CuFeCrSe3. Este material foi preparado pela técnica de fusão e recozimento e sua estrutura foi refinada a partir do padrão de difração de raios-X usando o método de Rietveld. O padrão de raios X em pó foi composto principalmente de CuFeCrSe3 (79,1%) com CuCr2Se4 (20,9%) aparecendo como fase secundária. A fase principal cristaliza com a simetria tetragonal no grupo espacial P 4 2c (Nº 112), Z = 1, com a = 5.5082 (2) Å, c = 10.943 (1) Å, V = 332.01 (1) Å3. O refinamento de 18 parâmetros instrumentais e estruturais levou a Rp = 8,8%, Rwp = 9,1%, Rexp = 7,8% e S = 1,2. Este material, pertencente ao sistema semicondutor III-III-VI3, cristaliza com uma estrutura do tipo CuFeInSe3 numa estrutura normal de adamantano. O CuFeCrSe3 é um novo composto semicondutor relacionado à fase superiônica CuCrSe2, e pode ser considerado como potencial candidato a aplicações termoelétricas de média temperatura.