Rev. Phys. Appl. (Paris) 19, 807-813 (1984)
DOI: 10.1051/rphysap:01984001909080700

Temperature and pressure induced phase transition in IV-VI compounds

T. Chattopadhyay¹, A. Werner¹, H.G. von Schnering¹ et J. Pannetier<sup>2

1</sup>  Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgärt, F.R.G.
²  Institut Laue-Langevin, 156X, 38042 Grenoble Cedex, France

Abstract
The crystal structure of SnS has been investigated as a function of temperature by elastic neutron scattering from 293 K to 1 000 K. SnS undergoes a second order displacive phase transition from the α-phase (B16, Pbnm) to the high temperature β-phase (B33, Cmcm) at 887 K. The mean square displacement of the Sn atom which is isotropic at room temperature becomes increasingly anisotropic and anharmonic near Tc. Energy dispersive X-ray diffraction experiments have been performed on IV-VI semiconductors PbS, PbSe, PbTe, GeS, GeSe, SnS and SnSe as a function of hydrostatic pressure to 340 kbar. PbS, PbSe and PbTe undergo transition from the NaCl type (B1) phase to the orthorhombic phases (B33 or B16) at about 22, 45 and 60 kbar, respectively. The orthorhombic phases of PbS and PbSe have been found to be of TlI type (B33, Cmcm) and that in PbTe has been found to be GeS type (B16, Pbnm). PbS, PbSe and PbTe undergo further phase transitions to the cubic CsCl type (B2) phase at about 215, 160 and 130 kbar, respectively. The orthorhombic IV-VI compounds GeS, GeSe, SnS and SnSe do not undergo any phase transition up to 340 kbar.

Résumé
La structure cristalline de SnS a été étudiée par diffraction neutronique entre 293 K et 1 000 K. Une transition du second ordre de type displacif se produit à 887 K entre la phase α (B16, Pbnm) et la phase β (B33, Cmcm). Près de la transition, le déplacement quadratique moyen des atomes Sn devient anisotrope et anharmonique. Des expériences de diffraction de rayons X sous pression jusqu'à 340 kbar ont été effectuées sur des composés semi-conducteurs IV-VI, PbS, PbSe, PbTe, GeS, GeSe, SnS et SnSe. PbS, PbSe et PbTe présentent une transition de la phase du type NaCl (B1) à une phase orthorhombique (B33 ou B16) à une pression de 22 kbar, 45 kbar et 60 kbar, respectivement. Dans le cas de PbS et PbSe, la phase orthorhombique est de type TII (B33, Cmcm) ; dans le cas de PbTe, il s'agit du type GeS (B16, Pbnm). PbS, PbSe et PbTe subissent une autre transition vers la phase cubique de type CsCl (B2) à des pressions de l'ordre de 215 kbar, 160 kbar et 130 kbar respectivement. Les composés orthorhombiques GeS, GeSe, SnS et SnSe ne présentent pas de transition de phase jusqu'à 340 kbar.

PACS
6160 - Crystal structure of specific inorganic compounds.
6250 - High pressure and shock wave effects in solids and liquids.
6470K - Solid solid transitions.

Key words
crystal atomic structure of inorganic compounds -- displacive transformations -- high pressure solid state phase transformations -- neutron diffraction examination of materials -- X ray diffraction examination of materials -- temperature dependence -- NaCl type phase -- energy dispersive X ray diffraction -- CsCl type phase -- pressure induced phase transition -- IV VI compounds -- crystal structure -- elastic neutron scattering -- 293K to 1000K -- second order displacive phase transition -- alpha phase -- high temperature beta phase -- mean square displacement -- Sn atom -- IV VI semiconductors -- PbS -- PbSe -- PbTe -- GeS -- GeSe -- SnS -- SnSe -- hydrostatic pressure -- orthorhombic phases