Phase transitions in In2Se3 as studied by electron microscopy and electron diffraction

Abstract

Indium selenide undergoes several reversible inter- and intrapolytypic phase transitions, above and below room temperature. A number of superstructures of the hexagonal (or rhombohedral) room temperature phase have been discovered by means of electron diffraction. The transition at 200 °C which corresponds to the α → β transformation is accompanied by intense non-radial diffuse scattering, which is attributed to anisotropic transverse acoustic phonons. On cooling, a one-dimensional deformation modulated structure is formed, which is interpreted as the frozen-in configuration of the predominant vibration mode, which becomes soft below the transition temperature in the range 60 to 200 °C. This transition shows a large hysteresis, which is also found in thermal expansion. A new low temperature phase, which is presumably orthorhombic, is discovered on cooling below −125 °C. The structure of this phase can alternatively be described as being the result of pairing of indium ions or as the frozen-in configuration of a longitudinal mode. Both phases exhibit a domain structure, which in the case of the α-phase can be revealed by lattice resolution. Several high temperature superstructures are observed by means of electron diffraction. A direct relationship with the β-phase is established and in a number of cases the superperiods are directly imaged. Indiumselenid hat oberhalb und unterhalb Zimmertemperatur einige reversible Inter und Intrapolytyp-Phasenübergänge. Eine Anzahl von Superstrukturen der hexagonalen Phase bei Zimmertemperatur wurde mit Elektronenbeugung gefunden. Der Übergang bei 200 °C, der dem α → β-Übergang entspricht, wird von einer intensiven, diffusen, nicht-radialen Streuung begleitet, die anisotropen, transversalen akustischen Phononen zugeordnet ist. Nach Abkühlen wird eine eindimensionale deformationsmodulierte Struktur gebildet, die als eingefrorene Konfiguration der vorherrschenden Schwingungsmode gedeutet wird und die unterhalb der Übergangstemperatur im Bereich von 60 bis 200 °C „soft”︁ wird. Dieser Übergang zeigt eine große Hysterese, die auch in der thermischen Ausdehnung beobachtet wird. Eine neue Tieftemperaturphase, die wahrscheinlich orthorhombisch ist, wurde nach Abkühlen unterhalb −125 °C beobachtet. Die Struktur dieser Phase kann entweder als Ergebnis der Paarbildung von Indiumionen oder als eingefrorene Konfiguration einer longitudinalen Mode beschrieben werden. Beide Phasen zeigen eine Domänenstruktur, die im Falle der α-Phase durch Gitterzerlegung beobachtet werden kann. Einige Hochtemperatur-Superstrukturen werden mit Elektronenbeugung beobachtet. Eine direkte Beziehung zur β-Phase wird festgestellt und in einigen Fällen werden die Superperioden direkt abgebildet.