(Phys.org)—Per la prima volta, i ricercatori hanno sintetizzato il tellururo di gallio semiconduttore (GaTe) in fase monoclina come materiale pseudo-unidimensionale (pseudo-1D). Questa nuova classe di materiali è caratterizzata da catene di atomi quasi-1D che corrono in una particolare direzione lungo una superficie 2D.

I ricercatori, guidato da Sefaattin Tongay, Assistant Professor di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'Arizona State University, hanno pubblicato un articolo sulla prima sintesi del materiale pseudo-1D GaTe in un recente numero di Materiale avanzato .

"Questa è la prima dimostrazione della sintesi di nanomateriali GaTe anisotropi, "Tongay ha detto Phys.org . "Oltre a questi nuovi sforzi di sintesi, abbiamo anche fornito la prima intuizione atomica su come gli atomi in due dimensioni si dispongano in catene pseudo-1D all'interno del piano, e studiato le loro proprietà ottiche anisotrope."

Finora, la ricerca in questo settore è rimasta limitata, con solo pochi studi che hanno studiato GaTe isolando monostrati 2D da cristalli sfusi. Il lavoro attuale offre nuovi percorsi per la sintesi su larga scala e accenni a nuovi fenomeni entusiasmanti.

La sintesi di GaTe nella forma pseudo-1D è stata impegnativa a causa della grande anisotropia cristallina del materiale. Qui, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di trasporto fisico del vapore in cui alte temperature e basse pressioni in un forno tubolare trasformano la polvere di semiconduttore nella sua forma pseudo-1D.

Una proprietà particolarmente interessante derivante dalla struttura cristallina unica della nuova forma di GaTe è che le catene atomiche dividono ogni singolo fiocco di GaTe in una forma a farfalla costituita da quattro domini separati con diversi orientamenti dei cristalli.

In ciascuno di questi diversi domini, il materiale ha un diverso orientamento della catena, determinando un diverso comportamento anisotropo. Ad esempio, esperimenti hanno rivelato che l'intensità massima di emissione della luce varia a seconda del dominio, offrendo un percorso verso lo sviluppo di applicazioni fotoniche.

I ricercatori hanno dimostrato la crescita scalabile di pseudo-1D GaTe su tre diversi substrati compatibili a livello industriale, e ha scoperto che la morfologia delle nanostrutture GaTe dipende fortemente dal substrato.

Ad esempio, hanno scoperto che le catene di GaTe crescono molto più casualmente sullo zaffiro che su silicio e arseniuro di gallio, con il risultato che gli atomi di GaTe che giacciono sulla superficie dello zaffiro possono muoversi molto più liberamente.

Le nanostrutture GaTe su zaffiro hanno anche alcuni difetti che causano un'elevata efficienza, picco di emissione ottica stretto al di sotto dell'emissione del bordo di banda, che è diverso dalle ampie emissioni di difetti normalmente riscontrate nei semiconduttori.

Il risultato che il GaTe pseudo-1D è l'unica forma nota di GaTe ad emettere luminescenza brillante al di sotto del bandgap ottico può offrire un punto di partenza per l'ingegneria dei difetti per le applicazioni optoelettroniche.

"Penso che il significato più grande risieda nella scoperta dell'emissione multicolore, in particolare l'emissione acuta in sottobanda che non sembra affatto un'emissione difettosa, " ha detto il coautore Hui Cai, uno studente di dottorato presso l'Arizona State University. "Queste emissioni possono provenire da bande intermedie, a cui è stata data molta attenzione in ZnTeO e CuGaS ₂ ma mai in GaTe. Questa potrebbe essere la prima impronta digitale sperimentale che esistono anche bande intermedie in GaTe con alcuni tipi di difetti".

I ricercatori si aspettano che, date le sue proprietà ottiche uniche, pseudo-1D GaTe potrebbe avere una varietà di applicazioni future.

"A causa dell'esistenza di stati otticamente attivi al di sotto del gap, il GaTe sintetizzato può essere un potenziale candidato per celle solari a banda intermedia, " ha detto Cai. "Può catturare fotoni nella gamma del vicino infrarosso, la cui energia è inferiore al suo bandgap. Dietro questo, assorbe la luce polarizzata lungo la sua direzione della catena ed è trasparente alla luce polarizzata perpendicolarmente a quella direzione. Quindi ha potenziali applicazioni in polarizzatori lineari e fotorivelatori polarizzati".

Il nuovo materiale ha anche potenziali applicazioni per l'industria della luce polarizzata.

"Questi materiali offrono proprietà uniche che collegano molti tipi di materiali unidimensionali, come i nanotubi di carbonio, nanofili, eccetera., e materiali 2D convenzionali come grafene, MoS ₂ , e Gas, " Ha detto Tongay. "A causa della loro grande anisotropia cristallina e delle loro proprietà fisiche anisotrope, possono potenzialmente offrire proprietà ottiche sensibili alla polarizzazione, dicroismo, supporti elettronici altamente conduttivi, ed elevata conduzione termica lungo la loro direzione di anisotropia. Anticipiamo che le applicazioni fotoniche sensibili alla polarizzazione, emettitori di fotoni singoli, ed è probabile che da questi materiali emergano transistor ad alta mobilità elettronica".

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