SÍNTESI D'ALTA PRESSIÓ EN CALCOGENURS DE SULFUR DE GAL·LI

Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos!

 
Samuel Gallego i Catalin Popescu a la línia de llum MSPD d'ALBA.

Cerdanyola del Vallès, 28 de juliol 2022   El sulfur de gal·li (III) (Ga₂S₃) és un compost de sofre i gal·li, un semiconductor que té una àmplia varietat d'aplicacions en electrònica i fotònica: nano optoelectrònica, xips fotònics, electrocatàlisi, conversió d'energia i emmagatzematge, dispositius d'energia solar, sensors de gas, detecció de radiació làser, segona generació d'harmònics, memòries de canvi de fase o sistemes fotocatàlítics de divisió d'aigua .

En aquest treball publicat en Chemistry of Materials, els científics han mostrat les empremtes vibracionals i estructurals rellevants d'una transició de fase paraelèctrica a ferroelèctrica R-3m-R3m (β’-to-φ) induïda per pressió sota descompressió en calcogenur de Ga₂S₃.

Aquesta transició havia estat predida teòricament en diversos compostos B₂X₃ III-VI a alta temperatura (on B pot ser alumini, gal·li o indi i X, sofre, seleni o tel·luri). La novetat d'aquesta investigació es deriva de la síntesi d'ambdues fases: estructures β’-(R-3m) i α -In₂Se₃ (R3m) en Ga₂S₃ i el seu ajustament mitjançant la disminució de pressió. Dins dels compostos III-VI B₂X₃, aquesta transició de fase R-3m-R3m (β’-a-φ-Ga₂S₃) s'havia observat experimentalment només en el selenur d'indi (III) (In₂Se₃), sota diferents temperatures o pressions, fins ara.

Aquesta troballa obre el camí per al disseny de dispositius barats, no tòxics, no rars i basats en elements abundants per a la generació de segon harmònic, divisió fotocatalítica i aplicacions ferroelèctriques, piroelèctriques i piezoelèctriques basades en el Ga₂S₃.

Química d'alta pressió i llum de sincrotró

Pel que fa a la metodologia, l'equip d'investigació va dur a terme mesures de difracció de raigs X i dispersió Raman a alta pressió a la línia de llum MSPD de l'ALBA, juntament amb càlculs ab initio a diferents pressions. Els resultats van posar llum sobre diverses qüestions que no s'han resolt fins avui. En la compressió, els científics van mostrar que α’-Ga₂S₃ experimenta una transició de fase per sobre de 16 GPa a β’-Ga₂S₃, isostructura amb β-In₂Se₃. A diferència d'un treball anterior, els investigadors demostren que aquesta transició es produeix sense necessitat d'escalfament per làser. En descompressió, la transició de fase per pressió induïda paraelèctrica-ferroelèctrica R-3m-R3m (β’-a-φ) es va revelar per sota de 9,0 GPa. Finalment, es va proposar una nova fase en baixada per sota d'1,0 GPa, la γ- Ga₂S₃, amb una estructura defectuosa de zincblenda. Aquestes fases observades tant en augment com en disminució de la pressió sobre el Ga2S3 van permetre als científics reformular l'esquema de comportament sota pressió per als compostos lliures ordenats (ordered vacancy compounds o OVCs) de AGa₂X₄ incloent els calcogenurs de Ga₂X₃, considerats com un altre tipus d'OVC. Es va discutir la predicció teòrica d'obtenir fases de R-3m i R3m en aquests compostos sota pressió creixent/decreixent. En aquest sentit, se suggereix la necessitat de nous estudis d'alta pressió per trobar fases paraelèctriques i ferroelèctriques en compostos de Ga₂Se₃ i Ga₂Te₃.

Fig.1:Il·lustració esquemàtica de les transicions de fase revelades sota compressió/descompressió en el sistema Ga₂Se₃. Seleccionat (b) Raman dispersant espectres i (c) patrons de difracció de raigs X dels patrons α’-, β’-, φ- and γ-Ga₂Se₃ sota compressió/descompressió.Bottom of Form.

Referència: Samuel Gallego-Parra, Rosario Vilaplana, Oscar Gomis, Plácida Rodríguez-Hernández, Alfonso Muñoz, Jesus Antonio González, Juan Angel Sans, Catalin Popescu, and Francisco Javier Manjón. High-Pressure Synthesis of β- and α‑In2Se3‑Like Structures in Ga₂Se₃. Chem. Mater (2022), 34, 13, 6068–6086. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c01169

Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-21-17088.