Immagini SEM di materiali di solfuro di arsenico preparati mediante scarica di plasma in diverse condizioni:strutture a forma di polo (a) e stratificate (b). Credito:Università Lobachevsky
Dalla scoperta del grafene nel 2004, c'è stato un interesse in rapida crescita tra gli scienziati nello studio dei materiali 2-D oltre il grafene. Nella famiglia dei materiali calcogenuri, I dicalcogenuri di metalli di transizione a strati 2-D dimostrano eccellenti proprietà elettroniche e ottiche, eccezionale flessibilità meccanica, e prestazioni catalitiche eccezionali. Allo stesso tempo, calcogenuri come As 2 S 3 , Come 2 Vedi 3 , eccetera., non sono mai stati considerati come materiali in grado di formare strutture di questo tipo.
Potrebbe essere dovuto alle limitazioni dei metodi utilizzati per preparare tali materiali. Un gruppo di ricercatori del laboratorio di nanomateriali funzionali della Lobachevsky State University di Nizhny Novgorod, la Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University e l'AGH University of Science and Technology (Cracovia, Polonia) hanno dimostrato la possibilità di formare frammenti strutturali a nido d'ape nel plasma utilizzando la sistemina calcogenuro di solfuro di arsenico bidimensionale. Hanno riportato le loro scoperte in uno studio intitolato "Studio di spettroscopia infrarossa e Raman di pellicole di calcogenuro di As-S preparate mediante deposizione chimica da vapore potenziata dal plasma".
Riferiscono una forte fotoluminescenza strutturale eccitata da laser a onda continua con una lunghezza d'onda di 473 nm e 632,8 nm. L'influenza dei parametri di eccitazione, Composizione chimica, struttura, e sono state stabilite condizioni di ricottura sull'intensità della fotoluminescenza dei materiali calcogenuri. La spettrometria di massa e la spettroscopia Raman sono state accoppiate con calcoli di chimica quantistica per rivelare i frammenti che sono gli elementi costitutivi dei materiali 2-D As-S.
I ricercatori propongono un meccanismo plausibile di formazione e modifica delle unità strutturali luminescenti di solfuro di arsenico. Si suggerisce che le proprietà del solfuro di arsenico strutturato a polo 2-D e stratificato siano la chiave per avanzare verso i dispositivi fotosensibili 2-D.
Le immagini al microscopio elettronico a scansione (SEM) tipiche del solfuro di arsenico con una composizione As40S60 sono illustrate nella Figura 1 (a) e (b). La notevole differenza nella morfologia e nella struttura della superficie è dovuta a condizioni molto diverse di deposizione del plasma.
Fotoluminescenza e spettri di massa del solfuro di arsenico preparato al plasma. Credito:Università Lobachevsky
Entrambe le immagini (1a e 1b) illustrano strutture di solfuro di arsenico costituite da (As2S2)n-unità formate nel plasma da frammenti strutturali sferici con un diametro di circa 100 nm. La Figura 1a mostra un materiale strutturato a palo e la Figura 1b mostra una struttura a strati 2-D, la cui possibilità teorica è stata recentemente descritta. I ricercatori riportano stime quanto-chimiche di queste strutture insieme a risultati sperimentali sulla finestra di trasparenza insolitamente ampia di questi materiali (0,43-20 μm) rispetto a quelli di As2S3 (0,6-11 μm) preparati con metodi termici tradizionali.
La fotoluminescenza del solfuro di arsenico preparato al plasma è stata misurata mediante eccitazione a 473 nm e 632,8 nm impiegando laser a onda continua a temperatura ambiente (RT, Figura 2). I materiali di solfuro di arsenico preparati nel plasma sono stati analizzati utilizzando il metodo della spettrometria di massa per rivelare i principali frammenti strutturali che influenzano l'intensità della luminescenza. I dati della spettroscopia di massa chiariscono i principali frammenti strutturali che influenzano l'intensità PL del solfuro di arsenico preparato al plasma. Secondo i dati ottenuti, i ricercatori suggeriscono che la ragione principale per la comparsa e il miglioramento della luminescenza nei materiali di solfuro di arsenico preparati nel plasma è l'unità di struttura ciclica (As2S2)n che svolge il ruolo di un "tensore di polarizzabilità simile a un disco".
Per le sue proprietà, Il solfuro di arsenico bidimensionale strutturato a poli e stratificato è un materiale promettente per lo sviluppo di dispositivi fotosensibili 2-D. Queste proprietà sono utili anche quando si creano transistor ad effetto di campo, fotorivelatori e sensori di gas altamente sensibili.
