p A monocamada de seleneto de gálio foi recentemente descoberta por ter uma estrutura de cristal alternativa e diversas aplicações potenciais em eletrônica. Entender suas propriedades é crucial para entender suas funções. Agora, cientistas do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão e da Universidade de Tóquio exploraram sua estabilidade estrutural, estados eletrônicos e transformação das fases do cristal. p Os materiais sólidos compreendem um arranjo simétrico de átomos que conferem propriedades como condutividade, resistência e durabilidade. Mudanças no tamanho podem mudar este arranjo, alterando assim as propriedades gerais do material. Por exemplo, o elétrico, químico, As propriedades ópticas e mecânicas de certos materiais podem mudar à medida que avançamos em direção à nanoescala. A ciência agora nos permite estudar as diferenças nas propriedades em várias dimensões desde o nível da monocamada (atômica).

p O seleneto de gálio (GaSe) é um calcogeneto metálico em camadas, que é conhecido por ter politipos, que diferem em sua sequência de empilhamento de camadas, mas não um polimorfo, que tem um arranjo atômico diferente dentro da camada. GaSe despertou um grande interesse nas áreas de pesquisa física e química, devido ao seu uso potencial em fotocondução, conversão de infravermelho distante e aplicações ópticas. Convencionalmente, uma monocamada de GaSe é composta de átomos de gálio (Ga) e selênio (Se) ligados covalentemente, com os átomos de Se projetando para fora, formando uma estrutura semelhante a um prisma trigonal chamada fase P. Parte do mesmo grupo de pesquisa havia relatado anteriormente uma nova fase de cristal de GaSe usando microscopia eletrônica de transmissão em Análise de superfície e interface , em que os átomos de Se estão dispostos de uma maneira antiprismática trigonal para os átomos de Ga, referido como fase AP, com uma simetria diferente da fase P convencional (ver Figura 1). Devido à novidade desta estrutura de monocamada, muito pouco se sabe sobre como ele muda sua forma. Além disso, como as variações na estrutura intralamada de tais compostos afetam a estabilidade?

p Para responder a isso, O Sr. Hirokazu Nitta e o Prof. Yukiko Yamada-Takamura do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST) exploraram a estabilidade estrutural e os estados eletrônicos das fases da monocamada de GaSe usando cálculos de primeiros princípios, em seu último estudo em Revisão Física B .

p Hirokazu Nitta diz, "Nós descobrimos por meio de cálculos de primeiros princípios que esta nova fase é metaestável, e a estabilidade contra a fase convencional do estado fundamental reverte mediante a aplicação de deformação de tração, que acreditamos estar fortemente relacionado ao fato de que vimos esta fase formada apenas na interface substrato-filme. "

p Para comparar a estabilidade estrutural das fases P e AP do GaSe, os pesquisadores primeiro calcularam a energia total em diferentes constantes de rede no plano, que representam o tamanho de uma célula unitária no cristal, dado que sua estrutura compreende uma rede, uma rede organizada de átomos. A energia mais baixa que corresponde ao estado mais estável foi calculada e neste estado, a fase P, foi considerado mais estável do que a fase AP.

p Então, para investigar se as fases AP e P podem se transformar, eles determinaram as barreiras de energia que o material precisa atravessar para mudar, e cálculos de dinâmica molecular adicionalmente realizados usando um supercomputador (ver Figura 2). Eles descobriram que a barreira de energia para a transição de fase de monocamadas de GaSe de fase P e fase AP é grande, provavelmente devido à necessidade de quebrar e fazer novas ligações, que proíbe a transição direta da fase P para a fase AP. Os cálculos também revelaram que a estabilidade relativa das monocamadas de GaSe de fase P e fase AP pode ser revertida pela aplicação de deformação de tração, ou uma força do tipo alongamento.

p Destacando a importância e as perspectivas futuras de seu estudo, Prof Yamada-Takamura diz, "Calcogenetos em camadas são materiais 2-D interessantes depois do grafeno, tendo grande variedade e especialmente bandgap. Acabamos de descobrir um novo polimorfo (não politipo) de um monochalcogeneto em camadas. Suas propriedades físicas e químicas ainda não foram descobertas. "

p Juntos, os resultados deste estudo descrevem a estrutura eletrônica de uma estrutura menos conhecida de GaSe que pode fornecer informações sobre o comportamento de monocamadas semelhantes epitaxialmente crescidas, revelando mais um segredo sobre os desconhecidos membros da família GaSe e os monochalcogenídeos relacionados.