Electronic Properties and Defect Structure of Ti407: Correlation of Magnetic Susceptibility, Electrical Conductivity, and Structural Parameters via EPR Spectroscopy

Variable temperature EPR studies of polycrystalline Ti4O7 and preliminary single crystal studies have been interpreted in relation to the static magnetic susceptibility, electrical conductivity and X‐ray diffraction data obtained on Ti4O7 samples from the same chemical run. This has facilitated the calculation of the mobility, the electrical conductivity, and the electronic effective mass in both the metallic and semiconducting regions of Ti4O7. Below ≈ 149 K a hopping mechanism dominates the conduction properties and at ≈ 120 K, μhop ≈ 4 × 10−6 cm2/Vs and σcal ≈ 1.49 × 10−3 (Ω cm)−1. This latter value is in good agreement with σmeas ≈ 3 × 10−3 (Ω cm)−1 obtained experimentally. An electronic effective mass of 5.6 me has been obtained for the semiconducting region and is consistent with a value of ≈ 5 me determined from thermoelectric and Hall effect data for the low temperature phase of Ti2O3. Above 149 K optical mode phonon scattering and ionized defect scattering combine to yield a total mobility of μT ≈ 0.6 cm2/Vs and σcal ≈ 1.43 × 103 (Ω cm)−1 which is in excellent agreement with the electrical conductivity results at 295 K. EPR‐Untersuchungen bei variabler Temperatur an polykristallinem Ti4O7 und vorläufige Einkristalluntersuchungen werden bezüglich der statischen magnetischen Suszeptibilität, elektrischen Leitfähigkeit und Röntgenbeugungsdaten an Ti4O7‐Proben der gleichen chemischen Serie diskutiert. Dies ermöglicht die Berechnung der Beweglichkeit, der elektrischen Leitfähigkeit und der effektiven Elektronenmasse sowohl im metallischen als auch im halbleitenden Bereich von Ti4O7. Unterhalb ≈ 149 K dominiert ein Hoppingmechanismus für die Leitfähigkeitseigenschaften und bei ≈ 120 K beträgt μhop ≈ 4 × 10−6 cm2/Vs und σcal ≈ 1,49 × 10−3 (Ω cm)−1. Der letztere Wert befindet sich in guter Übereinstimmung mit dem experimentell ermittelten Wert σmeas ≈ 3 × 10−3 (Ω cm)−1. Eine effektive Elektronenmasse von 5,6 me wurde für den halbleitenden Bereich erhalten, ein Wert der mit dem Wert von ≈ 5 me aus thermoelektrischen und Halleffektsmessungen für die Niedertemperaturphase von Ti2O3 konsistent ist. Oberhalb 149 K ergeben kombinierte Streuung an optischen Phononen und ionisierten Störstellen eine Gesamtbeweglichkeit von μT μT 0,6 cm2/Vs und σcal ≈ 1,43 × 103 (Ωcm)−1 in ausgezeichneter Übereinstimmung mit elektrischen Leitfähigkeitswerten bei 295 K.