Ilustración que muestra la estructura molecular pseudo-1D del semiconductor y sus propiedades ópticas inusuales, incluida la emisión de subbanda brillante. Crédito:Sefaattin Tongay, Universidad del estado de Arizona
(Phys.org):por primera vez, Los investigadores han sintetizado telururo de galio semiconductor (GaTe) en la fase monoclínica como un material pseudo-unidimensional (pseudo-1D). Esta nueva clase de materiales se caracteriza por cadenas de átomos cuasi-1D que corren en una dirección particular a lo largo de una superficie 2D.
Los investigadores, dirigido por Sefaattin Tongay, Profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Arizona, han publicado un artículo sobre la primera síntesis del material pseudo-1D GaTe en un número reciente de Materiales avanzados .
"Esta es la primera demostración de la síntesis de nanomateriales GaTe anisotrópicos, "Tongay dijo Phys.org . "Además de estos nuevos esfuerzos de síntesis, También hemos proporcionado la primera visión atómica de cómo los átomos en dos dimensiones se organizan en cadenas pseudo-1D dentro del plano, e investigó sus propiedades ópticas anisotrópicas ".
Hasta aquí, la investigación en esta área ha sido limitada, con solo unos pocos estudios que han investigado GaTe aislando monocapas 2D de cristales a granel. El trabajo actual ofrece vías novedosas para la síntesis a gran escala y da pistas sobre nuevos y emocionantes fenómenos.
Sintetizar GaTe en la forma pseudo-1D ha sido un desafío debido a la gran anisotropía cristalina del material. Aquí, Los investigadores utilizaron una técnica de transporte de vapor físico en la que las altas temperaturas y las bajas presiones en un horno de tubo transforman el polvo semiconductor en su forma pseudo-1D.
Una propiedad particularmente interesante que surge de la estructura cristalina única de la nueva forma de GaTe es que las cadenas atómicas dividen cada escama de GaTe individual en una forma de pajarita que consta de cuatro dominios separados con diferentes orientaciones de cristal.
En cada uno de estos diferentes dominios, el material tiene una orientación de cadena diferente, resultando en un comportamiento anisotrópico diferente. Por ejemplo, Los experimentos revelaron que la intensidad máxima de emisión de luz difiere según el dominio, ofreciendo un camino hacia el desarrollo de aplicaciones fotónicas.
Los investigadores demostraron el crecimiento escalable de pseudo-1D GaTe en tres sustratos diferentes compatibles industrialmente, y encontró que la morfología de las nanoestructuras de GaTe depende en gran medida del sustrato.
Imagen óptica de GaTe sintetizada sobre un sustrato de zafiro, mostrando la forma de la pajarita. Crédito:Cai et al. © 2016 Materiales avanzados
Por ejemplo, encontraron que las cadenas de GaTe crecen mucho más aleatoriamente en zafiro que en silicio y arseniuro de galio, con el resultado de que los átomos de GaTe que se encuentran en la superficie del zafiro pueden moverse mucho más libremente.
Las nanoestructuras de GaTe en zafiro también tienen ciertos defectos que causan una alta eficiencia, pico de emisión óptica estrecho por debajo de la emisión del borde de la banda, que es diferente a las emisiones de defectos amplios que normalmente se encuentran en los semiconductores.
El resultado de que la pseudo-1D GaTe es la única forma conocida de GaTe que emite luminiscencia brillante por debajo de la banda prohibida óptica puede ofrecer un punto de partida para la ingeniería de defectos para aplicaciones optoelectrónicas.
"Creo que el mayor significado radica en el descubrimiento de la emisión multicolor, especialmente la emisión de subbanda nítida que no parece una emisión de defecto en absoluto, "dijo el coautor Hui Cai, estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Arizona. "Estas emisiones pueden tener su origen en bandas intermedias, que ha recibido mucha atención en ZnTeO y CuGaS 2 pero nunca en GaTe. Esta puede ser la primera huella digital experimental de que también existen bandas intermedias en GaTe con ciertos tipos de defectos ".
Los investigadores esperan que, dadas sus propiedades ópticas únicas, pseudo-1D GaTe puede tener una variedad de aplicaciones futuras.
"Debido a la existencia de estados ópticamente activos por debajo de la brecha, el GaTe sintetizado puede ser un candidato potencial para células solares de banda intermedia, ", Dijo Cai." Puede capturar fotones en el rango del infrarrojo cercano, cuya energía es menor que su banda prohibida. Además de esto, absorbe la luz polarizada a lo largo de la dirección de su cadena y es transparente a la luz polarizada perpendicular a esa dirección. Por lo tanto, tiene aplicaciones potenciales en polarizadores lineales y fotodetectores polarizados ".
El nuevo material también tiene aplicaciones potenciales para la industria de la luz polarizada.
"Estos materiales ofrecen propiedades únicas que unen muchos tipos de materiales unidimensionales, como nanotubos de carbono, nanocables, etc., y materiales 2D convencionales como el grafeno, MoS 2 , y GaSe, "Tongay dijo." Debido a su gran anisotropía cristalina y propiedades físicas anisotrópicas, potencialmente pueden ofrecer propiedades ópticas sensibles a la polarización, dicroísmo, portadores electrónicos de alta conductividad, y alta conducción térmica a lo largo de su dirección de anisotropía. Anticipamos que las aplicaciones fotónicas sensibles a la polarización, emisores de fotones únicos, y es probable que de estos materiales surjan transistores de alta movilidad de electrones ".
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