Upper limit of mobility and concentration of charge carriers in fluoride superionic conductors with fluorite and tysonite structures
- Authors: Sorokin N.I.1
-
Affiliations:
- Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”
- Issue: Vol 69, No 3 (2024)
- Pages: 445-450
- Section: ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ
- URL: https://ruspoj.com/0023-4761/article/view/673180
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0023476124030096
- EDN: https://elibrary.ru/XOKVGL
- ID: 673180
Cite item
Abstract
Within the framework of a crystal-physical model, the maximum values of mobility and concentration of charge carriers in fluoride superionic conductors belonging to the structural types of fluorite (CaF2, SrF2, BaF2, PbF2) and tysonite (LaF3) were calculated. It has been shown that the upper limit of ionic conductivity, mobility and charge carrier concentration in the crystalline state of fluoride superionics is 4 ± 1 S/cm, (5 ± 1) × 10–3 cm2/(сВ) и (5 ± 2) × 1021 cm–3 (10 ± 4% of the total fluoride ions), respectively.
Full Text

About the authors
N. I. Sorokin
Shubnikov Institute of Crystallography of Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics of NRC “Kurchatov Institute”
Author for correspondence.
Email: nsorokin1@yandex.ru
Russian Federation, 119333 Moscow
References
- Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 2. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2010. 1000 с.
- Preishuber-Pflugl F., Wilkening M. // Dalton Trans. 2016. V. 45. P. 8675. https:/doi.org/10.1039/c6dt00944a
- Duvel A., Bendnarcik J., Sepelak V., Heitjans P. // J. Phys. Chem. C. 2014. V. 118. P. 7117. https:/doi.org/10.1021/ jp410018t
- Suluanova E.A., Sobolev B.P. // CrystEngComm. 2022. V. 24. P. 3762. https:/doi.org/10.1039/d2ce00280a
- Сорокин Н.И., Соболев Б.П. // ФТТ. 2019. Т. 61. № 1. С. 53. https:/doi.org/10.21883/FTT.2019.01.46893.181
- Соболев Б.П. // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 5. С. 701. https:/doi.org/10.1134/S0023476119050199
- Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 17059. https:/doi.org/10.1039/c1jm13535
- Karkera G., Anji Reddy M., Fichtner M. // J. Power Sources. 2021. V. 481. P. 228877. https:/doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228877
- Xiao A.W., Galatolo G., Pasta M. // Joule. 2021. V. 5. P. 2823. https:/doi.org/1016/j.joule.2021.09.016
- Fergus J.W. // Sensors and Actuators. 1997. V. 42. P. 119.
- Sotoudeh M., Baumgart S., Dillenz M. et al. // ChemRxiv. 2023. https:/doi.org/10.26434/chemrxiv-2023-26618
- Voronin V.M., Volkov S.V. // J. Phys. Chem. Solids. 2001. V. 62. P. 1349.
- Evangelakis G.A., Pontikis V. // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. № 4. P. 3180.
- Derrington C.E., Lindher A., O’Keeffe M. // J. Solid State Chem. 1975. V. 15. № 2. P. 171.
- Derrington C.E., O’Keeffe M. // Nature Phys. Sci. 1973. V. 246. № 19. P. 44.
- O’Keeffe M. // Science. 1973. V. 180. P. 1276.
- Baak T. // J. Chem. Phys.1958. V. 29. P. 1195.
- Ure R.W. // J. Chem. Phys. 1957. V. 26. P. 1363.
- Sobolev B.P. The rare earth trifluorides. Pt. 1. The temperature chemistry of the rare earth trifluorides. Institute of Crystallography, Moscow and Institut d’Estudis Catalans, Barcelona. 2000. 520 p.
- Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б., Вишняков Ю.С. // Кристаллография. 1980. Т. 25. № 2. С. 294.
- Иванов-Шиц А.К., Мурин И.В. Ионика твердого тела. Т. 1. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2000. 616 с.
- Mansmann M. // Z. Kristallgr. 1965. B. 122. S. 375.
- Belzner A., Schulz H., Heger G. // Z. Kristallgr. 1994. B. 209. S. 239.
- Jacucci G., Rahman A. // J. Chem. Phys. 1978. V. 69. № 9. P. 4117.
- Айтьян С.Х., Иванов-Шиц А.К. // ФТТ. 1990. Т. 32. № 5. С. 1360.
- O’Keeffe M. // Fast ion transport in solids / Ed. Van Gool W. Amsterdam: North-Holland, 1973. P. 165.
- Соболев Б.П., Гарашина Л.С., Федоров П.П. и др. // Кристаллография. 1973. Т. 18. Вып. 4. С. 751.
- Воронин В.М., Волков С.В. // Электрохимия. 2004. Т. 40. № 1. С. 54.
- Chadwick A.V. // Solid State Ionics. 1983. V. 8. P. 209.
- Bollmann W. // Cryst. Res. Technol. 1992. V. 27. № 5. P. 661.
- Bollmann W., Uvarov N.F., Hairetdinov E.F. // Cryst. Res. Technol. 1989. V. 24. № 4. P. 421.
- Fedorov P.P., Sobolev B.P. // J. Less-Common Metals. 1979. V. 63. P. 31.
- Sobolev B.P. The rare earth trifluorides. Pt. 2. Introduction to materials science of multicomponent metal fluoride crystals. Institute of Crystallography, Moscow and Institut d’Estudis Catalans, Barcelona. 2001. 460 p.
- Сорокин Н.И., Голубев А.М., Соболев Б.П. // Кристаллография. 2014. Т. 59. № 2. С. 275.
- Koto K., Schulz H., Huggins R.A. // Solid State Ionics. 1981. V. 3–4. P. 381.
- Shapiro S.M., Reidinger F. // Physics of Superionic Conductors / Ed. Salamon M.B. Berlin: Springer, 1979. P. 45.
- Сорокин Н.И., Соболев Б.П., Брайтер М. // ФТТ. 2002. Т. 44. С. 1506.
- Сорокин Н.И. // ФТТ. 2022. Т. 64. № 7. С. 847.
- Сорокин Н.И. // ФТТ. 2015. Т. 57. С. 1325.
- Сорокин Н.И. // ФТТ. 2018. Т. 60. С. 710.
- Сорокин Н.И., Бучинская И.И., Соболев Б.П. // Журн. неорган. химии. 1992. Т. 37. № 12. С. 2653.
- Федоров П.И., Трновцова В., Мелешина В.А. и др. // Неорган. материалы. 1994. Т. 30. С. 406.
- Бучинская И.И., Федоров П.П. // Успехи химии. 2004. Т. 73. № 4. С. 404.
Supplementary files
