SÍNTESIS A ALTA PRESIÓN EN CALCOGENUROS DE SULFURO DE GALIO

En este trabajo publicado en Chemistry of Materials, los científicos han mostrado las huellas vibracionales y estructurales relevantes de una transición de fase paraeléctrica a ferroeléctrica R-3m-a-R3m (β'-a-φ) inducida por presión en el calcogenuro Ga₂S₃.

Esta transición havia sido predicha teóricamente en varios compuestos B₂X₃ III-VI a alta temperatura (donde B puede ser aluminio, galio o indio y X, azufre, selenio o telurio). La novedad de esta investigación radica en la síntesis de ambas fases: las estructuras β-(R-3m) y α-In₂Se₃ (R3m) sobre Ga₂S₃ y su ajuste mediante la disminución de la presión. Dentro de los compuestos III-VI B₂X₃, esta transición de fase de R-3m a R3m (β'-a-φ-Ga₂S₃) sólo se había observado experimentalmente en el seleniuro de indio (III) (In₂Se₃), bajo temperatura o presión variables, hasta la fecha.

Este hallazgo abre el camino para el diseño de dispositivos baratos, no tóxicos, no raros y basados en elementos abundantes para la generación de segundo armónico, división fotocatalítica y aplicaciones ferroeléctricas, piroeléctricas y piezoeléctricas basadas en Ga₂S₃.

Química de alta presión y luz de sincrotrón

En cuanto a la metodología, el equipo de investigación llevó a cabo mediciones de dispersión Raman a alta presión y difracción de rayos X en la línea de luz MSPD de ALBA, junto con cálculos ab initio a diferentes presiones. Los resultados arrojaron luz sobre varias cuestiones no resueltas hasta la fecha. En la compresión, los científicos demostraron que el α'-Ga₂S₃ experimenta una transición de fase por encima de 16 GPa a β'-Ga₂S₃, isoestructura con el β-In2Se3. A diferencia de un trabajo anterior, los investigadores demuestran que esta transición se produce sin necesidad de calentamiento por láser. En la descompresión, se desveló la transición de fase R-3m-a-R3m (β'-a-φ) paraeléctrica-ferroeléctrica inducida por la presión por debajo de 9,0 GPa. Por último, se propuso una nueva fase en bajada por debajo de 1,0 GPa, la γ- Ga₂S₃, con una estructura de zincblenda defectuosa. Estas fases observadas tanto en aumento como en disminución de la presión en el Ga₂S₃ permitieron a los científicos reformular el esquema de comportamiento bajo presión para los compuestos libres ordenados (ordered vacancy compounds o OVCs) per AGa₂X₄, incluyendo los calcogenuros del Ga₂X₃, considerados como otro tipo de OVCs. Se discutió la predicción teórica de la obtención de las fases R-3m y R3m en estos últimos compuestos al aumentar/disminuir la presión. En este sentido, se sugieren nuevos estudios de alta presión para encontrar fases paraeléctricas y ferroeléctricas en los compuestos Ga₂Se₃ y Ga₂Te₃.