(Phys.org)—Voor de eerste keer, onderzoekers hebben halfgeleidend galliumtelluride (GaTe) in de monokliene fase gesynthetiseerd als een pseudo-eendimensionaal (pseudo-1D) materiaal. Deze nieuwe klasse van materialen wordt gekenmerkt door quasi-1D-ketens van atomen die in een bepaalde richting langs een 2D-oppervlak lopen.

De onderzoekers, onder leiding van Sefaattin Tongay, Universitair docent Materials Science and Engineering aan de Arizona State University, hebben een paper gepubliceerd over de eerste synthese van het pseudo-1D GaTe-materiaal in een recent nummer van Geavanceerde materialen .

"Dit is de eerste demonstratie van de synthese van anisotrope GaTe-nanomaterialen, " vertelde Tongay Phys.org . "Naast deze nieuwe synthese-inspanningen, we hebben ook het eerste atomaire inzicht gegeven in hoe atomen in twee dimensies zichzelf rangschikken in pseudo-1D-ketens in het vlak, en onderzochten hun anisotrope optische eigenschappen."

Tot dusver, onderzoek op dit gebied is beperkt gebleven, met slechts een paar studies die GaTe hebben onderzocht door 2D-monolagen te isoleren van bulkkristallen. Het huidige werk biedt nieuwe routes naar grootschalige synthese en hints naar opwindende nieuwe fenomenen.

Het synthetiseren van GaTe in de pseudo-1D-vorm was een uitdaging vanwege de grote kristallijne anisotropie van het materiaal. Hier, de onderzoekers gebruikten een fysieke damptransporttechniek waarbij hoge temperaturen en lage drukken in een buisoven het halfgeleiderpoeder transformeren in zijn pseudo-1D-vorm.

Een bijzonder interessante eigenschap die voortkomt uit de unieke kristalstructuur van de nieuwe vorm van GaTe, is dat de atoomketens elke afzonderlijke GaTe-vlok verdelen in een vlindervorm die bestaat uit vier afzonderlijke domeinen met verschillende kristaloriëntaties.

In elk van deze verschillende domeinen het materiaal heeft een andere kettingoriëntatie, resulterend in verschillend anisotroop gedrag. Bijvoorbeeld, experimenten toonden aan dat de maximale lichtemissie-intensiteit verschilt afhankelijk van het domein, een weg bieden naar de ontwikkeling van fotonica-toepassingen.

De onderzoekers demonstreerden de schaalbare groei van pseudo-1D GaTe op drie verschillende industrieel compatibele substraten, en ontdekte dat de morfologie van de GaTe-nanostructuren sterk afhangt van het substraat.

Bijvoorbeeld, ze ontdekten dat GaTe-ketens veel meer willekeurig groeien op saffier dan op silicium en galliumarsenide, met als resultaat dat GaTe-atomen die op het saffieroppervlak liggen veel vrijer kunnen bewegen.

De GaTe-nanostructuren op saffier hebben ook bepaalde defecten die een zeer efficiënte, smalle optische emissiepiek onder de bandrandemissie, wat anders is dan de brede defectemissies die normaal in halfgeleiders worden aangetroffen.

Het resultaat dat de pseudo-1D GaTe de enige bekende vorm van GaTe is die heldere luminescentie uitstraalt onder de optische bandgap, kan een startpunt zijn voor defect-engineering voor opto-elektronica-toepassingen.

"Ik denk dat de grootste betekenis ligt in de ontdekking van de meerkleurige emissie, vooral de scherpe subbandemissie die helemaal niet op een defecte emissie lijkt, " zei co-auteur Hui Cai, een promovendus aan de Arizona State University. "Deze emissies kunnen afkomstig zijn van tussenliggende banden, waaraan veel aandacht is besteed in ZnTeO en CuGaS ₂ maar nooit in GaTe. Dit kan de eerste experimentele vingerafdruk zijn dat er ook tussenbanden in GaTe bestaan ​​met bepaalde soorten defecten."

De onderzoekers verwachten dat gezien zijn unieke optische eigenschappen, pseudo-1D GaTe kan verschillende toekomstige toepassingen hebben.

"Vanwege het bestaan ​​van optisch actieve toestanden onder de kloof, het gesynthetiseerde GaTe kan een potentiële kandidaat zijn voor zonnecellen met een middenband, "Zei Cai. "Het kan fotonen vastleggen in het nabij-infraroodbereik, waarvan de energie lager is dan de bandgap. Naast dit, het absorbeert licht dat is gepolariseerd in de richting van de keten en is transparant voor licht dat loodrecht op die richting is gepolariseerd. Het heeft dus potentiële toepassingen in lineaire polarisatoren en gepolariseerde fotodetectoren."

Het nieuwe materiaal heeft ook potentiële toepassingen voor de gepolariseerde lichtindustrie.

"Deze materialen bieden unieke eigenschappen die vele soorten eendimensionale materialen overbruggen, zoals koolstofnanobuizen, nanodraden, enzovoort., en conventionele 2D-materialen zoals grafeen, MoS ₂ , en Gas, " zei Tongay. "Vanwege hun grote kristallijne anisotropie en anisotrope fysieke eigenschappen, ze kunnen mogelijk polarisatiegevoelige optische eigenschappen bieden, dichroïsme, hoogst geleidende elektronische dragers, en hoge thermische geleiding langs hun anisotropierichting. We verwachten dat polarisatiegevoelige fotonische toepassingen, enkele foton emitters, en transistoren met hoge elektronenmobiliteit zullen waarschijnlijk uit deze materialen voortkomen."

© 2016 Fys.org