Sincrotró ALBA
Investigadors de la Universitat Politècnica de València, la Universitat de La Laguna, la Universitat de Cantàbria i el Sincrotró ALBA han publicat un nou estudi sobre química d'alta pressió en calcogenurs de sulfur de gal·li. En aquest treball es mostren les empremtes rellevants (vibracionals i estructurals) d'una transició de fase paraelèctrica a ferroelèctrica induïda per pressió.
Aquesta és la primera vegada que se sintetitza i s'observa experimentalment una fase tipus tetradimita (R3m) en sequicalcogenurs basats en gal·li. Les mesures de difracció de raigs X d'alta pressió es van dur a terme a la línia de llum MSPD d'ALBA.
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.
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.
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.