Imágenes SEM de materiales de sulfuro de arsénico preparados por descarga de plasma en diferentes condiciones:estructuras en forma de poste (a) y en capas (b). Crédito:Universidad Lobachevsky
Desde el descubrimiento del grafeno en 2004, Ha habido un interés creciente entre los científicos en el estudio de materiales 2-D más allá del grafeno. En la familia de los materiales calcogenuros, Dicalcogenuros de metales de transición en 2-D-capas demuestran excelentes propiedades electrónicas y ópticas, excelente flexibilidad mecánica, y un rendimiento catalítico excepcional. Al mismo tiempo, calcogenuros como As 2 S 3 , Como 2 Se 3 , etc., nunca se han considerado como materiales capaces de formar estructuras de este tipo.
Podría deberse a las limitaciones de los métodos utilizados para preparar esos materiales. Un grupo de investigadores del laboratorio de nanomateriales funcionales de la Universidad Estatal Lobachevsky de Nizhny Novgorod, la Universidad Técnica Estatal Alekseev Nizhny Novgorod y la Universidad de Ciencia y Tecnología AGH (Cracovia, Polonia) han demostrado la posibilidad de formar fragmentos estructurales de panal en plasma utilizando la sistemina bidimensional de sulfuro de arsénico y calcogenuro. Han informado de sus hallazgos en un estudio titulado "Estudio de espectroscopía infrarroja y Raman de películas de calcogenuro As-S preparadas mediante deposición de vapor químico mejorada con plasma".
Informan de una fuerte fotoluminiscencia estructural excitada por láseres de operación de onda continua con una longitud de onda de 473 nm y 632,8 nm. La influencia de los parámetros de excitación, composición química, estructura, y se han establecido las condiciones de recocido sobre la intensidad de la fotoluminiscencia de los materiales calcogenuros. La espectrometría de masas y la espectroscopía Raman se combinaron con cálculos químicos cuánticos para revelar los fragmentos que son los componentes básicos de los materiales 2-D As-S.
Los investigadores proponen un mecanismo plausible de formación y modificación de las unidades estructurales luminiscentes de sulfuro de arsénico. Se sugiere que las propiedades del sulfuro de arsénico estratificado y estructurado en dos dimensiones son la clave para avanzar hacia los dispositivos fotosensibles en dos dimensiones.
Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) típicas del sulfuro de arsénico con una composición As40S60 se ilustran en la Figura 1 (a) y (b). La notable diferencia en la morfología y estructura de la superficie se debe a condiciones muy diferentes de deposición de plasma.
La fotoluminiscencia y los espectros de masas del plasma prepararon sulfuro de arsénico. Crédito:Universidad Lobachevsky
Ambas imágenes (1a y 1b) ilustran estructuras de sulfuro de arsénico que consisten en (As2S2) n-unidades formadas en plasma por fragmentos estructurales esféricos con un diámetro de aproximadamente 100 nm. La Figura 1a muestra un material estructurado con postes y la Figura 1b muestra una estructura en capas 2-D, cuya posibilidad teórica se ha descrito recientemente. Los investigadores informan estimaciones de química cuántica de estas estructuras junto con resultados experimentales sobre la ventana de transparencia inusualmente amplia de estos materiales (0,43-20 μm) en comparación con los de As2S3 (0,6-11 μm) preparados por métodos térmicos tradicionales.
La fotoluminiscencia del sulfuro de arsénico preparado con plasma se midió mediante excitación a 473 nm y 632,8 nm empleando láseres de operación de onda continua a temperatura ambiente (RT, Figura 2). Los materiales de sulfuro de arsénico preparados en plasma se analizaron mediante el método de espectrometría de masas para revelar los principales fragmentos estructurales que afectan la intensidad de la luminiscencia. Los datos de espectroscopía de masas aclaran los principales fragmentos estructurales que afectan la intensidad de PL del sulfuro de arsénico preparado con plasma. Según los datos obtenidos, los investigadores sugieren que la razón principal de la aparición y mejora de la luminiscencia en materiales de sulfuro de arsénico preparados en plasma es la unidad de estructura cíclica (As2S2) n que desempeña el papel de un "tensor de polarización en forma de disco".
Por sus propiedades, El sulfuro de arsénico en capas y estructura de postes bidimensionales es un material prometedor para el desarrollo de dispositivos fotosensibles bidimensionales. Estas propiedades también son útiles al crear transistores de efecto de campo, fotodetectores y sensores de gas de alta sensibilidad.
