Actualmente hay una fuerte demanda de energías renovables. Pero hasta ahora, el coste de los sistemas fotovoltaicos es uno de los principales obstáculos que impide su producción y aplicación a gran escala. La familia de este material es de interés para varios ámbitos, como laoptoelectrónica, las células solares y la óptica no lineal, atrayendo considerablemente la atención en los últimos 30 años. En particular, elCdAl2S4 es un semiconductor con posibilidad de uso como dispositivos fotónicos en la región azul del espectro.
El estudio se ha publicado en la revista The Journal of Physical Chemistry y lo han llevado a cabo investigadores de la Universidad Politécnica de Valencia, de la Universidad de Valencia, del University College de Londres, de la línea de luz MSPD del Sincrotrón ALBA, de la Universidad de la Laguna de Tenerife y del Institute of Electronic Engineering and Nanotechnologies de Chisinau (Moldavia).
Usando los rayos X en la línea de luz MSPD (Materials Science and Powder Diffraction) del Sincrotrón ALBA, los investigadores han realizado experimentos de difracción para analizar los cambios estructurales del CdAl2S4 a altas presiones. En condiciones ambientales elCdAl2S4 cristaliza en estructura de calcopirita defectuosa (DC), que sufre una transición de orden-desorden por encima de 15GPa de presión, alcanzando una estructura desordenada tipo cloruro sódico (disordered rocksalt o DR). En un descenso desde 25GPa a presión ambiental, el CdAl2S4 no vuelve a la fase inicial DC. Los investigadores han descubierto que parcialmente retiene la fase DR y parcialmente se transforma en la estructura espinela. La observación de la fase espinela es sorprendente ya que se había visto que muchos componentes de la misma familia retienen la fase DR metaestable en condiciones de presión ambiental, o que pasan por una fase de transición a la estructura desordenada zincblenda (DZ).
El retorno a la fase de estructura espinela ha sido confirmada tanto de forma experimental como con cálculos teóricos, indicando que las estructuras espinela y DC son competitivas bajo condiciones ambientales, y que el CdAl2S4 se encuentra en la zona de estabilidad entre ambas estructuras.
"Hay que destacar que en este estudio la estructura espinela se ha obtenido después de un tratamiento de altas presiones a temperatura ambiente. Así que, este trabajo sugiere que el crecimiento de la fase espinela de CdAl2S4 a condiciones cercanas a las ambientales es posible; cosa que tiene consecuencias en el diagrama de fases de estos materiales", según comenta Juan Ángel Sans, autor principal del artículo.
Fig: Representación de las estructuras cristalinas de CdAl2S4 en las presiones correspondientes: DC, DR y espinela.
