Estágio

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2881 (2023) Citar este artigo

1690 Acessos

3 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Materiais de mudança de fase, demonstrando uma rápida mudança entre dois estados distintos com um nítido contraste nas propriedades elétricas, ópticas ou magnéticas, são vitais para dispositivos fotônicos e eletrônicos modernos. Até o momento, este efeito é observado em compostos de calcogeneto à base de Se, Te ou ambos, e mais recentemente na composição estequiométrica de Sb2S3. No entanto, para alcançar a melhor integrabilidade na fotônica e na eletrônica modernas, é necessário o meio misto de mudança de fase S/Se/Te, o que permitiria uma ampla faixa de sintonia para propriedades físicas importantes como estabilidade da fase vítrea, radiação e fotossensibilidade, intervalo óptico , condutividade elétrica e térmica, efeitos ópticos não lineares, bem como possibilidade de modificação estrutural em nanoescala. Neste trabalho, uma mudança de resistividade alta para baixa induzida termicamente abaixo de 200 ° C é demonstrada em equichalcogenetos ricos em Sb (contendo S, Se e Te em proporções iguais). O mecanismo em nanoescala está associado ao intercâmbio entre a coordenação tetraédrica e octaédrica dos átomos de Ge e Sb, a substituição de Te no ambiente Ge mais próximo por S ou Se, e a formação de ligações Sb-Ge / Sb após recozimento adicional. O material pode ser integrado em plataformas multifuncionais baseadas em calcogenetos, sistemas computacionais neuromórficos, dispositivos fotônicos e sensores.

Os materiais de mudança de fase de calcogeneto (PCMs) são conhecidos por seu comportamento único durante a alternância entre os estados amorfo e cristalino . O acompanhamento de mudanças pronunciadas nas propriedades de transporte óptico e eletrônico que acontecem em uma escala de tempo de nanossegundos levou à base para muitas aplicações de PCMs em dispositivos de armazenamento de dados, metaóptica reconfigurável, interruptores ópticos, emissores e absorvedores sintonizáveis, fotônica não volátil, até mesmo em computação fotônica neuromórfica1, 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Transições rápidas e reversíveis entre estados altamente resistivos e condutivos (geralmente mudanças de resistividade em várias ordens de magnitude) que ocorrem em temperaturas moderadamente elevadas são especialmente intrigantes para dispositivos de memória de nova geração . Até o momento, a pesquisa se concentrou principalmente em PCMs de composições ternárias Ge – Sb – Te (GST) com diferentes concentrações de elementos constituintes, incluindo compostos de fronteira Ge – Te (como GeTe) e Sb – Te (eutético Sb69Te31, Sb40Te60 ou similar) . ,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Recentemente, a introdução de Se nesta matriz levou à descoberta da família de PCMs Ge – Sb – Se – Te (GSST), onde o efeito satisfatório de memória de mudança de fase nas propriedades elétricas e ópticas foi combinado com a vantagem de formação de vidro significativamente melhorada capacidade e transparência óptica na faixa de comprimentos de onda de 1,0 a 18,5 μm4. Em princípio, este resultado segue o comportamento esperado quando o Te é substituído por Se em sistemas multinários de calcogenetos . Além disso, pode-se perceber através da análise das aplicações e propriedades físicas de vários calcogenetos que cada tipo de calcogeneto (S, Se ou Te) traz sua própria funcionalidade distinta para o composto . Assim, os principais fatores determinantes para a adição de Se à composição são a melhor capacidade de formação de vidro e geralmente maior transparência óptica ; Sabe-se que o Te promove uma alteração de valência e, portanto, aumenta a variedade de possíveis motivos estruturais e a afinidade de cristalização17,18,19,20,21; S é geralmente usado para melhorar a sensibilidade a fatores externos ou potencializar efeitos ópticos não lineares22,23,24. Seguindo esta tendência, podemos argumentar que a inclusão do Enxofre na composição do PCM juntamente com Se e Te poderia adicionar novas funcionalidades não exploradas até agora nesta classe de materiais. Tal suposição é baseada em um recente renascimento de sulfetos e selenetos contendo antimônio e germânio, que são propostos como meio de perspectiva para meta-pixels dinâmicos comutáveis, de alta saturação, alta eficiência e alta resolução para meta-displays aprimorados (Sb2S3 e Sb2Se3 )25, formação de caminho monocristalino sob irradiação laser (SbSI)26,27, guias de onda 3D (Ge23Sb7S70)28, baterias de lítio de estado sólido (Ga2S3 modificado Ge33S67)29 e fotônica de vidro sobre grafeno30. Recentemente, foi comprovado que os compostos Sb2S3 e Sb2Se3 também possuem um efeito de memória de mudança de fase . Todos esses avanços tornam-se possíveis devido às propriedades físicas únicas dos sulfetos, como gap óptico relativamente amplo, alto índice de refração, baixas perdas ópticas e alta sensibilidade a fatores externos. Os vidros de calcogeneto à base de sulfeto também possuem uma solubilidade satisfatória de vários íons de terras raras, o que os torna adequados para aplicações em amplificadores de fibra óptica e dispositivos de conversão de energia .