(Phys.org) - Pela primeira vez, pesquisadores sintetizaram telureto de gálio semicondutor (GaTe) na fase monoclínica como um material pseudo-unidimensional (pseudo-1D). Esta nova classe de materiais é caracterizada por cadeias quase 1D de átomos correndo em uma direção particular ao longo de uma superfície 2D.

Os pesquisadores, liderado por Sefaattin Tongay, Professor Assistente de Ciência e Engenharia de Materiais na Arizona State University, publicaram um artigo sobre a primeira síntese do material pseudo-1D GaTe em uma edição recente da Materiais avançados .

"Esta é a primeira demonstração da síntese de nanomateriais GaTe anisotrópicos, "Tongay disse Phys.org . "Além desses novos esforços de síntese, também fornecemos o primeiro insight atômico sobre como os átomos em duas dimensões se organizam em cadeias pseudo-1D dentro do plano, e investigou suas propriedades ópticas anisotrópicas. "

Até aqui, a pesquisa nesta área permaneceu limitada, com apenas alguns estudos investigando GaTe isolando monocamadas 2D de cristais em massa. O trabalho atual oferece novas rotas para a síntese em grande escala e dicas sobre novos fenômenos emocionantes.

Sintetizar GaTe na forma pseudo-1D tem sido um desafio devido à grande anisotropia cristalina do material. Aqui, os pesquisadores usaram uma técnica de transporte físico de vapor em que altas temperaturas e baixas pressões em um forno tubular transformam o pó semicondutor em sua forma pseudo-1D.

Uma propriedade particularmente interessante que surge da estrutura cristalina única da nova forma de GaTe é que as cadeias atômicas dividem cada floco de GaTe individual em uma forma de gravata borboleta que consiste em quatro domínios separados com diferentes orientações de cristal.

Em cada um desses domínios diferentes, o material tem uma orientação de corrente diferente, resultando em comportamento anisotrópico diferente. Por exemplo, experimentos 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 escalonável de pseudo-1D GaTe em três diferentes substratos compatíveis industrialmente, e descobriram que a morfologia das nanoestruturas de GaTe depende fortemente do substrato.

Por exemplo, eles descobriram que as cadeias de GaTe crescem muito mais aleatoriamente na safira do que no silício e arseneto de gálio, com o resultado de que os átomos de GaTe na superfície da safira podem se mover com muito mais liberdade.

As nanoestruturas de GaTe na safira também têm certos defeitos que causam uma alta eficiência, pico de emissão óptica estreita abaixo da emissão da borda da banda, o que é diferente das amplas emissões de defeitos normalmente encontradas em semicondutores.

O resultado de que o pseudo-1D GaTe é a única forma conhecida de GaTe a emitir luminescência brilhante abaixo do bandgap óptico pode oferecer um ponto de partida para a engenharia de defeitos para aplicações optoeletrônicas.

"Acho que o maior significado está na descoberta da emissão multicolorida, especialmente a emissão de sub-banda nítida que não se parece com uma emissão de defeito, "disse o co-autor Hui Cai, um estudante de doutorado na Arizona State University. “Essas emissões podem ter origem em bandas intermediárias, que tem recebido muita atenção em ZnTeO e CuGaS ₂ mas nunca em GaTe. Esta pode ser a primeira impressão digital experimental de que bandas intermediárias também existem no GaTe com certos tipos de defeitos. "

Os pesquisadores esperam que, dadas suas propriedades ópticas únicas, O pseudo-1D GaTe pode ter uma variedade de aplicações futuras.

"Devido à existência de estados opticamente ativos abaixo da lacuna, o GaTe sintetizado pode ser um candidato potencial para células solares de banda intermediária, "Cai disse." Ele pode capturar fótons na faixa do infravermelho próximo, a energia do qual é menor do que seu bandgap. Além disso, ele absorve luz polarizada ao longo de sua direção de cadeia e é transparente para luz polarizada perpendicular a essa direção. Portanto, tem aplicações potenciais em polarizadores lineares e fotodetectores polarizados. "

O novo material também tem aplicações potenciais para a indústria de luz polarizada.

"Esses materiais oferecem propriedades únicas que unem muitos tipos de materiais unidimensionais, como nanotubos de carbono, nanofios, etc, e materiais 2D convencionais, como grafeno, MoS ₂ , e GaSe, "Tongay disse." Por causa de 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 as aplicações fotônicas sensíveis à polarização, emissores de fóton único, e transistores de alta mobilidade de elétrons provavelmente emergirão desses materiais. "

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