Los monocalcogenuros de samario son compuestos químicos con la composición SmX, donde Sm representa el elemento lantánido samario y X denota cualquiera de los tres elementos calcógenos , azufre , selenio o telurio , dando como resultado los compuestos SmS , SmSe o SmTe . En estos compuestos, el samario exhibe formalmente el estado de oxidación +2, mientras que generalmente asume el estado +3, dando como resultado calcogenuros con la fórmula química Sm 2 X 3 .
Síntesis
Pueden obtenerse monocristales o policristales de monocalcogenuros de samario haciendo reaccionar el metal con vapores de azufre, selenio o telurio a alta temperatura. [1] Pueden obtenerse películas delgadas mediante pulverización catódica con magnetrón [2] o deposición física de vapor por haz de electrones , es decir, bombardeando el objetivo de metal de samario con electrones en una atmósfera de gas adecuada (por ejemplo, disulfuro de hidrógeno para SmS). [3]
Propiedades
Fórmula | Constante de celosía nm [1] | Resistividad Ohm · cm | Band gap eV |
---|---|---|---|
SMS | 0.597 | 0,001-0,01 | 0,15 |
SmSe | 0,620 | ~ 3000 | 0,45 |
SmTe | 0,6594 | ~ 1000 | 0,65 |
Los monocalcogenuros de samario son sólidos semiconductores negros con estructura cristalina cúbica de sal de roca . La aplicación de una presión hidrostática moderada los convierte en metales. Mientras que la transición es continua y ocurre a aproximadamente 45 y 60 kbar en SmSe y SmTe, respectivamente, es abrupta en SmS y requiere solo 6.5 kbar. Se observa un efecto similar en los monocalcogenuros de otro lantánido, el tulio . [4] Esto da como resultado un cambio espectacular de color de negro a amarillo dorado al raspar o pulir mecánicamente SmS. [3] [5] La transición no cambia la estructura del cristal, pero hay una fuerte disminución (alrededor del 15%) [6] en el volumen del cristal. Se observa una histéresis, es decir, cuando se libera la presión, SmS vuelve al estado semiconductor a una presión mucho más baja de aproximadamente 0,5 kbar. [1]
No solo el color y la conductividad eléctrica, sino también otras propiedades cambian en los monocalcogenuros de samario con el aumento de la presión. Su comportamiento metálico resulta de la disminución de la banda prohibida , que asciende a presión cero a 0,15, 0,45 y 0,65 eV en SmS, SmSe y SmTe, respectivamente. [1] [4] A la presión de transición (6,5 kbar en SmS), la brecha es aún finita y la baja resistividad se origina en la generación de portadores activados térmicamente a través de una brecha de banda estrecha. El espacio colapsa a unos 20 kbar cuando SmS se convierte en un verdadero metal. A esta presión, el material también cambia de estado paramagnético a magnético. [6]
La transición semiconductor-metal en los monocalcogenuros de samario requiere la aplicación de presión o la presencia de tensión intrínseca, por ejemplo, en películas delgadas, y los cambios inversos se producen tras la liberación de esta tensión. Dicha liberación puede activarse por varios medios, tales como calentamiento a aproximadamente 200 ° C [3] o irradiación con un rayo láser pulsado de alta intensidad. [2] [7]
Aplicaciones potenciales
El cambio en la resistividad eléctrica en los monocalcogenuros de samario se puede utilizar en un sensor de presión o en un dispositivo de memoria activado entre un estado de baja y alta resistencia por presión externa, [8] y dichos dispositivos se están desarrollando comercialmente. [9] El monosulfuro de samario también genera voltaje eléctrico con un calentamiento moderado a aproximadamente 150 ° C que se puede aplicar en convertidores de energía termoeléctricos . [10]
Referencias
- ^ a b c d Jayaraman, A .; Narayanamurti, V .; Bucher, E .; Maines, R. (1970). "Transición continua y discontinua de semiconductores-metal en monocalcogenuros de samario bajo presión". Cartas de revisión física . 25 (20): 1430. Código Bibliográfico : 1970PhRvL..25.1430J . doi : 10.1103 / PhysRevLett.25.1430 .
- ^ a b Kitagawa, R .; Takebe, H .; Morinaga, K. (2003). "Transición de fase fotoinducida de películas delgadas de SmS metálico mediante un láser de femtosegundos". Letras de Física Aplicada . 82 (21): 3641. Bibcode : 2003ApPhL..82.3641K . doi : 10.1063 / 1.1577824 .
- ^ a b c Rogers, E; Smet, PF; Dorenbos, P; Poelman, D; Van Der Kolk, E (2010). "La transición de fase metal-semiconductora inducida térmicamente de películas delgadas de monosulfuro de samario (SmS)" (descarga gratuita) . Revista de física: materia condensada . 22 (1): 015005. Código Bibliográfico : 2010JPCM ... 22a5005R . doi : 10.1088 / 0953-8984 / 22/1/015005 . PMID 21386220 .
- ^ a b K. HJ Buschow Enciclopedia concisa de materiales magnéticos y superconductores , Elsevier, 2005 ISBN 0-08-044586-1 pág. 318
- ^ Emsley, John (2001). "Samario" . Bloques de construcción de la naturaleza: una guía de AZ para los elementos . Oxford, Inglaterra, Reino Unido: Oxford University Press. pag. 374 . ISBN 978-0-19-850340-8.
- ^ a b Eric Beaurepaire (Ed.) Magnetismo: un enfoque de radiación de sincrotrón , Springer, 2006 ISBN 3-540-33241-3 pág. 393
- ^ De Tomasi, F (2002). "Efectos de la irradiación láser sobre la resistencia de las películas SmS". Películas sólidas delgadas . 413 (1–2): 171–176. Código Bibliográfico : 2002TSF ... 413..171D . doi : 10.1016 / S0040-6090 (02) 00235-3 .
- ^ Elmegreen, Bruce G. et al. Celda de memoria no volátil impulsada por piezo con resistencia histerética Solicitud de patente de EE. UU. 12/234100, 19/09/2008
- ^ SmS Tenzo Archivado el 15 de marzo de 2012 en la Wayback Machine.
- ^ Kaminskii, VV; Solov'ev, SM; Golubkov, AV (2002). "Generación de fuerza electromotriz en monosulfuro de samario semiconductor calentado homogéneamente" . Cartas de Física Técnica . 28 (3): 229. Bibcode : 2002TePhL..28..229K . doi : 10.1134 / 1.1467284 . Archivado desde el original el 15 de marzo de 2012. otros artículos sobre este tema Archivado el 15 de marzo de 2012 en la Wayback Machine.