El seleniuro de galio (II) ( Ga Se ) es un compuesto químico . Tiene una estructura de capas hexagonal, similar a la del GaS . [1] Es un fotoconductor, [2] un cristal de segunda generación de armónicos en óptica no lineal , [3] y se ha utilizado como material de conversión del infrarrojo lejano [4] a 14-31 THz y superiores. [5]
Se dice que tiene potencial para aplicaciones ópticas [6], pero la explotación de este potencial se ha visto limitada por la capacidad de desarrollar fácilmente cristales individuales [7]. Los cristales de seleniuro de galio son muy prometedores como material óptico no lineal y como fotoconductor . Los materiales ópticos no lineales se utilizan en la conversión de frecuencia de la luz láser . La conversión de frecuencia implica el cambio de la longitud de onda de una fuente de luz monocromática , generalmente luz láser, a una longitud de onda de luz mayor o menor que no se puede producir a partir de una fuente láser convencional.
Existen varios métodos de conversión de frecuencia utilizando materiales ópticos no lineales . La generación del segundo armónico conduce a la duplicación de la frecuencia de los láseres infrarrojos de dióxido de carbono . En la generación óptica paramétrica, la longitud de onda de la luz se duplica. Los láseres de estado sólido del infrarrojo cercano se utilizan habitualmente en generaciones ópticas paramétricas. [8]
Un problema original con el uso de seleniuro de galio en óptica es que se rompe fácilmente a lo largo de las líneas de escisión y, por lo tanto, puede resultar difícil cortarlo para una aplicación práctica. Sin embargo, se ha descubierto que dopar los cristales con indio mejora en gran medida su resistencia estructural y hace que su aplicación sea mucho más práctica. [7] Sin embargo, persisten dificultades con el crecimiento de los cristales que deben superarse antes de que los cristales de seleniuro de galio puedan utilizarse más ampliamente en óptica.
Las capas individuales de seleniuro de galio son semiconductores bidimensionales dinámicamente estables, en los que la banda de valencia tiene forma de sombrero mexicano invertida, lo que conduce a una transición de Lifshitz a medida que aumenta el dopaje de huecos. [9]
La integración del seleniuro de galio en dispositivos electrónicos se ha visto obstaculizada por su sensibilidad al aire. Se han desarrollado varios enfoques para encapsular monocapas y pocas capas de GaSe, lo que lleva a una mejor estabilidad química y movilidad electrónica. [10] [11] [12]
La síntesis de nanopartículas de GaSe se lleva a cabo mediante la reacción de GaMe 3 con trioctilfosfina selenio (TOPSe) en una solución a alta temperatura de trioctilfosfina (TOP) y óxido de trioctilfosfina (TOPO). [13]
Se calienta una solución de 15 g de TOPO y 5 ml de TOP a 150 °C durante la noche en atmósfera de nitrógeno, eliminando el agua que pueda estar presente en la solución TOP original. Esta solución TOP inicial se destila al vacío a 0,75 torr, llevando la fracción de 204 °C a 235 °C. Luego se añade una solución de TOPSe (12,5 ml de TOP con 1,579 g de TOPSe) y la mezcla de reacción TOPO/TOP/TOPSe se calienta a 278 °C. Luego se inyecta GaMe 3 (0,8 ml) disuelto en 7,5 ml de TOP destilado. Después de la inyección, la temperatura desciende a 254 °C antes de estabilizarse en el rango de 266 a 268 °C después de 10 minutos. Luego comienzan a formarse nanopartículas de GaSe, que pueden detectarse mediante un hombro en el espectro de absorción óptica en el rango de 400 a 450 nm. Después de observar este hombro, la mezcla de reacción se deja enfriar a temperatura ambiente para evitar una reacción adicional. Después de la síntesis y el enfriamiento, se abre el recipiente de reacción y se realiza la extracción de la solución de nanopartículas de GaSe mediante la adición de metanol . La distribución de nanopartículas entre las fases polar (metanol) y no polar (TOP) depende de las condiciones experimentales. Si la mezcla está muy seca, las nanopartículas se dividen en la fase de metanol. Sin embargo, si las nanopartículas se exponen al aire o al agua, se descargan y se dividen en la fase TOP no polar. [13]