Арсени́ды ка́дмия, группа бинарных неорганических соединений кадмия и мышьяка. К ним относятся: арсенид кадмия (диарсенид трикадмия) Cd₃As₂, диарсенид кадмия CdAs₂, тетраарсенид кадмия CdAs₄.

Свойства

Большой вклад в изучение системы Cd-As внёс российский химик С. Ф. Жемчужный (1873–1929). Современный вид диаграммы состояния системы представлен на рис. 1. В системе Cd-As образуются 3 соединения: Cd₃As₂, CdAs₂ и CdAs₄.Рис. 1. Диаграмма состояния Cd-As.Рис. 1. Диаграмма состояния Cd-As.Соединения Cd₃As₂ и CdAs₂ – стабильны, а CdAs₄ является метастабильным соединением. При обычных условиях его не удаётся выделить в виде отдельной фазы. Cd₃As₂ и CdAs₂ обладают уникальными свойствами. Cd₃As₂ рассматривался как узкозонный полупроводник с аномально высокой подвижностью носителей зарядов, сопоставимой с подвижностью электронов в антимониде индия InSb. В 2013 г., согласно теоретическим расчётам, было установлено, что Cd₃As₂ является Дираковским полуметаллом, в котором конусы Дирака совпадают в точках на уровне Ферми. На рис. 2 представлены зонные структуры для α- и α''-Cd₃As₂. Такими структурами обладает ограниченное число соединений, большинство которых из-за высокой гигроскопичности малопригодны для изучения физических свойств.

Рис. 2. Расчётные зонные структуры арсенида кадмия.Рис. 2. Расчётные зонные структуры арсенида кадмия.Теоретически для Cd₃As₂ был предсказан ряд уникальных свойств: сверхпроводимость, гигантское магнитосопротивление и др., что в дальнейшем было подтверждено экспериментальными исследованиями. На объёмных и плёночных образцах было показано наличие сверхпроводимости ∼0,5 К, что имеет фундаментальное значение, т. к. подтверждает правильность теоретических расчётов. Высокая величина магнитосопротивления Cd₃As₂ представляет практический интерес для высокочувствительных сенсоров магнитного поля, особенно если использовать композиты Cd₃As₂ с арсенидом марганца MnAs. В них, наряду с сохранением высоких значений магнитосопротивления, происходит улучшение температурной стабилизации сопротивления.

Диарсенид кадмия CdAs₂ отличает высокая анизотропия электрических, термоэлектрических и оптических свойств. Величина двулучепреломления CdAs₂, Δn ≥ 0,32, в 2 раза выше, чем у исландского шпата, что представляет интерес для поляризационных устройств в ИК-области спектра.

В таблице 1 представлены основные термодинамические свойства арсенидов кадмия.

Таблица 1. Термодинамические свойства арсенидов кадмия

В таблице 2 представлены электрические свойства арсенидов кадмия при 300 К.

Таблица 2. Электрические свойства арсенидов кадмия при 300 К

Получение

Синтез Cd₃As₂ и CdAs₂ проводят вакуумным ампульным методом при температурах на 10–15° выше температур их плавления. Из-за структурных превращений α-Cd₃As₂ $\xrightarrow{503 \ K }$ α'-Cd₃As₂$\xrightarrow{738 \ K }$ α''-Cd₃As₂ $\xrightarrow{868 \ K }$ β-Cd₃As₂, сопровождающихся изменением объёма, монокристаллы выращивают из паровой фазы (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид монокристалла Cd₃As₂, выращенного из газовой фазы.Рис. 3. Внешний вид монокристалла Cd₃As₂, выращенного из газовой фазы.Монокристаллы CdAs₂ получают как из газовой фазы, так и из расплава методом Бриджмена (рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид монокристалла CdAs₂, выращенного вертикальным вариантом метода Бриджмена.Рис. 4. Внешний вид монокристалла CdAs₂, выращенного вертикальным вариантом метода Бриджмена.

Применение

Cd₃As₂ представляет практический интерес для высокочувствительных сенсоров магнитного поля, CdAs₂ – для поляризационных устройств, работающих в ИК-области спектра. Арсениды кадмия можно также использовать в качестве диффузантов при легировании арсенидов А³В⁵ акцепторной примесью Cd.