A síntese de semicondutores pseudo-1D fornece informações sobre materiais 2D anisotrópicos
A síntese de semicondutores pseudo-1D fornece informações sobre materiais 2D anisotrópicos
Pela primeira vez, os pesquisadores sintetizaram o telurídeo de gálio semicondutor (GaTe) na fase monoclínica como um material pseudo-unidimensional (pseudo-1D). Esta nova classe de materiais é caracterizada por cadeias quasi-1D de átomos que correm em uma direção particular ao longo de uma superfície 2D.
Os pesquisadores, liderados por Sefaattin Tongay, professor assistente de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade Estadual do Arizona, publicaram um artigo sobre a primeira síntese do material pseudo-1D GaTe em uma edição recente da Advanced Materials .
"Esta é a primeira demonstração da síntese de nanomateriais GaTe anisotrópicos ", disse Tongay à Phys.org . "Além desses novos esforços de síntese, também fornecemos a primeira visão atômica de como os átomos em duas dimensões se organizam em cadeias pseudo-1D dentro do plano e investigaram suas propriedades ópticas anisotrópicas".
Até agora, a pesquisa nesta área permaneceu limitada, com apenas alguns estudos que investigaram GaTe isolando monocapas 2D de cristais em massa. O trabalho atual oferece novas rotas para a síntese em grande escala e sugere novos e excitantes fenômenos.
Sintetizar GaTe na forma pseudo-1D tem sido desafiador por causa da grande anisotropia cristalina do material. Aqui, os pesquisadores usaram uma técnica física de transporte de vapor em que altas temperaturas e baixas pressões em um forno de tubo transformam o pó semicondutor em sua forma pseudo-1D.
Uma propriedade particularmente interessante resultante da estrutura de cristal única da nova forma de GaTe é que as cadeias atômicas dividem cada floco de GaTe individual em uma forma de bowtie que consiste em quatro domínios separados com diferentes orientações de cristal.
Em cada um desses domínios diferentes, o material tem uma orientação de cadeia diferente, resultando em comportamento anisotrópico diferente. Por exemplo, experiências revelaram que a intensidade máxima de emissão de luz difere dependendo do domínio, oferecendo um caminho para o desenvolvimento de aplicações fotônicas.
Os pesquisadores demonstraram o crescimento escalável do pseudo-1D GaTe em três substratos compatíveis industrialmente diferentes e descobriram que a morfologia das nanoestruturas GaTe depende fortemente do substrato.
Por exemplo, eles descobriram que as correntes GaTe crescem muito mais aleatoriamente na safira do que no silício e arsenieto de gálio, com o resultado de que átomos de GaTe deitados na superfície da safira podem se mover muito mais livremente.
As nanoestruturas GaTe em safira também possuem certos defeitos que causam um pico de emissão ótica estreito altamente eficiente abaixo da emissão da borda da banda, o que é diferente das emissões de defeito amplas normalmente encontradas em semicondutores.
O resultado que o pseudo-1D GaTe é a única forma conhecida de GaTe para emitir luminescência brilhante abaixo do bandgap óptico pode oferecer um ponto de partida para engenharia de defeito para aplicações optoelectrônicas.
"Eu acho que o maior significado reside na descoberta das emissões multicoloridas, especialmente a emissão sub-banda acentuada que não parece uma emissão de defeitos", disse o co-autor Hui Cai, um estudante de doutorado na Arizona State University. "Essas emissões podem ser originárias de bandas intermediárias, que receberam muita atenção em ZnTeO e CuGaS 2, mas nunca em GaTe. Essa pode ser a primeira impressão digital experimental que as bandas intermediárias também existem no GaTe com certos tipos de defeitos".
Os pesquisadores esperam que, dada suas propriedades ópticas únicas, o pseudo-1D GaTe pode ter uma variedade de aplicações futuras.
"Devido à existência de estados opticamente ativos abaixo do espaço, o GaTe sintetizado pode ser um candidato potencial para células solares de banda intermediária", disse Cai. "Pode capturar fótons na faixa do infravermelho próximo, cuja energia é mais baixa do que a sua banda. Além disso, absorve a luz polarizada ao longo da direção da corrente e é transparente à luz polarizada perpendicular a essa direção. Assim, possui aplicações potenciais em Polarizadores lineares e fotodetectores polarizados ".
O novo material também possui aplicações potenciais para a indústria de luz polarizada.
"Esses materiais oferecem propriedades únicas que reúnem vários tipos de materiais unidimensionais, como nanotubos de carbono, nanofios, etc. e materiais 2D convencionais, como grafeno, MoS 2 e GaSe", disse Tongay. "Devido à sua grande anisotropia cristalina e propriedades físicas anisotrópicas, eles podem potencialmente oferecer propriedades ópticas sensíveis à polarização, dicroísmo, portadores eletrônicos altamente condutores e alta condução térmica ao longo de sua direção de anisotropia. Prevemos que aplicações fotônicas sensíveis à polarização, emissores de fótons individuais , E os transistores de mobilidade de elétrons de alto elétron são susceptíveis de emergir desses materiais ".
