Se ha descubierto recientemente que la monocapa de seleniuro de galio tiene una estructura cristalina alternativa y tiene diversas aplicaciones potenciales en electrónica. Comprender sus propiedades es fundamental para comprender sus funciones. Ahora, Científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón y la Universidad de Tokio han explorado su estabilidad estructural, estados electrónicos y transformación de fases cristalinas.

Los materiales sólidos comprenden una disposición simétrica de átomos que confieren propiedades como conductividad, fuerza y ​​durabilidad. Los cambios de tamaño pueden cambiar esta disposición, cambiando así las propiedades generales del material. Por ejemplo, la eléctrica, químico, Las propiedades ópticas y mecánicas de ciertos materiales pueden cambiar a medida que avanzamos hacia la nanoescala. La ciencia ahora nos permite estudiar las diferencias en las propiedades en varias dimensiones desde el nivel de monocapa (atómico).

El seleniuro de galio (GaSe) es un calcogenuro metálico en capas, que se sabe que tiene politipos, que difieren en su secuencia de apilamiento de capas, pero no un polimorfo, que tiene una disposición atómica diferente dentro de la capa. GaSe ha despertado un gran interés en áreas de investigación física y química, debido a su uso potencial en fotoconducción, conversión de infrarrojo lejano y aplicaciones ópticas. Convencionalmente una monocapa de GaSe se compone de átomos de galio (Ga) y selenio (Se) unidos covalentemente, con los átomos de Se proyectando hacia afuera, formando una estructura similar a un prisma trigonal llamada fase P. Parte del mismo grupo de investigación había informado anteriormente sobre una nueva fase cristalina de GaSe utilizando microscopía electrónica de transmisión en Análisis de superficie e interfaz , donde los átomos de Se están dispuestos de una manera antiprismática trigonal a los átomos de Ga, denominada fase AP, con una simetría diferente a la fase P convencional (ver Figura 1). Debido a la novedad de esta estructura monocapa, se sabe muy poco sobre cómo cambia su forma. Es más, ¿Cómo afectan las variaciones en la estructura intracapa de tales compuestos a la estabilidad?

Para responder a esto, El Sr. Hirokazu Nitta y el Prof. Yukiko Yamada-Takamura del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) exploraron la estabilidad estructural y los estados electrónicos de las fases de la monocapa de GaSe utilizando cálculos de primeros principios, en su último estudio en Revisión física B .

Hirokazu Nitta dice:"Hemos descubierto a través de cálculos de primeros principios que esta nueva fase es metaestable, y la estabilidad contra la fase convencional del estado fundamental se invierte al aplicar tensión de tracción, lo cual creemos que está fuertemente relacionado con el hecho de que vimos que esta fase se formó solo en la interfaz película-sustrato ".

Para comparar la estabilidad estructural de las fases P y AP de GaSe, los investigadores calcularon primero la energía total en diferentes constantes de celosía en el plano, que representan el tamaño de una celda unitaria en el cristal, dado que su estructura comprende una celosía, una red organizada de átomos. Se calculó la energía más baja que corresponde al estado más estable y en este estado, la fase P, se encontró que era más estable que la fase AP.

Luego, para investigar si las fases AP y P pueden transformarse entre sí, determinaron las barreras energéticas que el material necesita cruzar para cambiar, y además realizó cálculos de dinámica molecular usando una supercomputadora (ver Imagen 2). Descubrieron que la barrera de energía para la transición de fase de las monocapas de GaSe de fase P y fase AP es grande probablemente debido a la necesidad de romper y hacer nuevos enlaces. que prohíbe la transición directa de la fase P a la AP. Los cálculos también revelaron que la estabilidad relativa de las monocapas de GaSe de fase P y fase AP se puede revertir aplicando deformación por tracción, o una fuerza de tipo estiramiento.

Destacando la importancia y las perspectivas futuras de su estudio, El profesor Yamada-Takamura dice:"Los calcogenuros en capas son materiales bidimensionales interesantes después del grafeno, teniendo amplia variedad y especialmente bandgap. Acabamos de descubrir un nuevo polimorfo (no un politipo) de un monocalcogenuro en capas. Aún no se han descubierto sus propiedades físicas y químicas ".

Juntos, Los hallazgos de este estudio describen la estructura electrónica de una estructura menos conocida de GaSe que puede proporcionar información sobre el comportamiento de monocapas similares cultivadas epitaxialmente. revelando otro secreto sobre los miembros desconocidos de la familia de GaSe y monocalcogenuros relacionados.