Compuesto químico
El seleniuro de bismuto ( Bi2Se3 ) es un compuesto gris de bismuto y selenio también conocido como seleniuro de bismuto ( III ).
Propiedades
El seleniuro de bismuto es un semiconductor y un material termoeléctrico . [4] Si bien el seleniuro de bismuto estequiométrico debería ser un semiconductor con un espacio de 0,3 eV, las vacantes de selenio que se producen naturalmente actúan como donantes de electrones , por lo que Bi 2 Se 3 es intrínsecamente de tipo n . [5] [6] [7]
El seleniuro de bismuto tiene un estado fundamental topológicamente aislante . [8] Se han observado estados de superficie de cono de Dirac topológicamente protegidos en el seleniuro de bismuto y sus derivados aislantes, lo que conduce a aislantes topológicos intrínsecos, [6] [9] [10] [11] que luego se convirtieron en objeto de investigación científica mundial. [12] [13] [14] [15]
El seleniuro de bismuto es un material de van der Waals que consiste en capas de cinco átomos unidos covalentemente (capas quíntuples) que se mantienen unidas por interacciones de van der Waals [16] y efectos de acoplamiento espín-órbita. [17] Aunque la superficie (0001) es químicamente inerte (debido principalmente al efecto de par inerte de Bi [17] ), hay estados superficiales metálicos, protegidos por la topología no trivial del volumen. Por esta razón, la superficie Bi 2 Se 3 es un candidato interesante para la epitaxia de van der Waals y tema de investigación científica. Por ejemplo, se pueden cultivar diferentes fases de capas de antimonio en Bi 2 Se 3 , [18] [19] por medio de las cuales se pueden realizar uniones pn topológicas. [20] Más intrigante aún, las capas de Sb experimentan transiciones de fase topológicas cuando se adhieren a la superficie Bi 2 Se 3 y, por lo tanto, heredan las propiedades topológicas no triviales del sustrato Bi 2 Se 3. [21] [22]
Producción
Aunque el seleniuro de bismuto se encuentra de forma natural (como el mineral guanajuatita) en la mina Santa Catarina en Guanajuato , México [23] así como en algunos sitios en los Estados Unidos y Europa [24] , dichos depósitos son raros y contienen un nivel significativo de átomos de azufre [24] como impureza. Por esta razón, la mayor parte del seleniuro de bismuto utilizado en la investigación de posibles aplicaciones comerciales se sintetiza. Hay muestras producidas comercialmente disponibles para su uso en investigación, pero la concentración de vacantes de selenio depende en gran medida de las condiciones de crecimiento, [25] [26] y, por lo tanto, el seleniuro de bismuto utilizado para la investigación a menudo se sintetiza en el laboratorio.
Una mezcla estequiométrica de bismuto elemental y selenio, cuando se calienta por encima de los puntos de fusión de estos elementos en ausencia de aire, se convertirá en un líquido que se congela en Bi 2 Se 3 cristalino . [27] Se pueden preparar grandes cristales individuales de seleniuro de bismuto mediante el método de Bridgman-Stockbarger . [28]
Véase también
Referencias
- ^ "Seleniuro de bismuto (III) - Base de datos de sustancias químicas públicas de PubChem". Pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. 2011-10-21 . Consultado el 2011-11-01 .
- ^ abcd "seleniuro de bismuto | Bi2Se3". ChemSpider . Consultado el 1 de noviembre de 2011 .
- ^ ab "Seleniuro de bismuto | Seleniuro de bismuto". Espimetals.com. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2011. Consultado el 1 de noviembre de 2011 .
- ^ Mishra, SK; S Satpathy; O Jepsen (13 de enero de 1997). "Estructura electrónica y propiedades termoeléctricas del telururo de bismuto y el seleniuro de bismuto". Journal of Physics: Condensed Matter . 9 (2): 461–470. Bibcode :1997JPCM....9..461M. doi :10.1088/0953-8984/9/2/014. hdl : 10355/9466 . ISSN 0953-8984. S2CID 250922249.
- ^ Analytis, James G.; Chu, Jiun-Haw; Chen, Yulin; Corredor, Felipe; McDonald, Ross D.; Shen, ZX; Fisher, Ian R. (5 de mayo de 2010). "Coexistencia de la superficie de Fermi con el estado de superficie de Dirac en Bi 2 Se 3 : Una comparación de las mediciones de fotoemisión y Shubnikov–de Haas". Physical Review B . 81 (20): 205407. arXiv : 1001.4050 . Código Bibliográfico :2010PhRvB..81t5407A. doi :10.1103/PhysRevB.81.205407. ISSN 1098-0121. S2CID 118322170.
- ^ ab Xia, Y; Qian, D; Hsieh, D; Wray, L; Pal, A; Lin, H; Bansil, A; Grauer, D; Hor, Y. S; Cava, R. J; Hasan, M. Z (2009). "Observación de una clase de aislante topológico de gran brecha con un único cono de Dirac en la superficie". Nature Physics . 5 (6): 398–402. arXiv : 0908.3513 . Código Bibliográfico :2009NatPh...5..398X. doi : 10.1038/nphys1274 .
- ^ Hor, YS; A. Richardella; P. Roushan; Y. Xia; JG Checkelsky; A. Yazdani; MZ Hasan; NP Ong; RJ Cava (2009-05-21). "Bi 2 Se 3 de tipo p para aplicaciones termoeléctricas de baja temperatura y aislantes topológicos". Physical Review B . 79 (19): 195208. arXiv : 0903.4406 . Código Bibliográfico :2009PhRvB..79s5208H. doi :10.1103/PhysRevB.79.195208. S2CID 119217126.
- ^ Xia, Y.; Qian, D.; Hsieh, D.; Wray, L.; Pal, A.; Lin, H.; Bansil, A.; Grauer, D.; Hor, YS; Cava, RJ; Hasan, M. Zahid (2009). "Descubrimiento (predicción teórica y observación experimental) de una clase de aislante topológico de gran brecha con un cono de Dirac único polarizado por espín en la superficie". Nature Physics . arXiv : 0908.3513 . doi :10.1038/nphys1274. ISSN 1745-2473. S2CID 119195663.
- ^ Hsieh, D.; Y. Xia; D. Qian; L. Wray; JH Dil; F. Meier; J. Osterwalder; L. Patthey; JG Checkelsky; NP Ong; AV Fedorov; H. Lin; A. Bansil; D. Grauer; YS Hor; RJ Cava; MZ Hasan (2009). "Un aislante topológico ajustable en el régimen de transporte de Dirac de espín helicoidal". Nature . 460 (7259): 1101–1105. arXiv : 1001.1590 . Código Bibliográfico :2009Natur.460.1101H. doi :10.1038/nature08234. ISSN 0028-0836. PMID 19620959. S2CID 4369601.
- ^ Hasan, M. Zahid; Moore, Joel E. (8 de febrero de 2011). "Aisladores topológicos tridimensionales". Revista anual de física de la materia condensada . 2 (1): 55–78. arXiv : 1011.5462 . Código Bibliográfico :2011ARCMP...2...55H. doi :10.1146/annurev-conmatphys-062910-140432. ISSN 1947-5454. S2CID 11516573.
- ^ Xu, Yang; Miotkowski, Ireneusz; Liu, Chang; Tian, Jifa; Nam, Hyoungdo; Alidoust, Nasser; Hu, Jiuning; Shih, Chih-Kang; Hasan, M. Zahid; Chen, Yong P. (2014). "Observación del efecto Hall cuántico del estado de superficie topológico en un aislante topológico tridimensional intrínseco". Nature Physics . 10 (12): 956–963. arXiv : 1409.3778 . Código Bibliográfico :2014NatPh..10..956X. doi :10.1038/nphys3140. ISSN 1745-2481. S2CID 51843826.
- ^ Hasan, MZ; Kane, CL (8 de noviembre de 2010). "Coloquio: aislantes topológicos". Reseñas de Física Moderna . 82 (4): 3045–3067. arXiv : 1002.3895 . Código Bibliográfico :2010RvMP...82.3045H. doi :10.1103/RevModPhys.82.3045. S2CID 16066223.
- ^ "La extraña topología que está transformando la física". Scientific American . Consultado el 22 de abril de 2020 .
- ^ "Bienvenido al extraño mundo matemático de la topología". Revista Discover . Consultado el 22 de abril de 2020 .
- ^ Ornes, Stephen (13 de septiembre de 2016). "Los aislantes topológicos prometen avances informáticos y conocimientos sobre la materia misma". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 113 (37): 10223–10224. doi : 10.1073/pnas.1611504113 . ISSN 0027-8424. PMC 5027448 . PMID 27625422.
- ^ Luo, Xin; Sullivan, Michael B.; Quek, Su Ying (27 de noviembre de 2012). "Investigaciones de primeros principios de las propiedades atómicas, electrónicas y termoeléctricas de Bi 2 Se 3 y Bi 2 Te 3 en equilibrio y deformados, incluidas las interacciones de van der Waals". Physical Review B . 86 (18): 184111. arXiv : 1308.1523 . Bibcode :2012PhRvB..86r4111L. doi :10.1103/PhysRevB.86.184111. ISSN 1098-0121. S2CID 118022274.
- ^ ab Holtgrewe, Kris (2022). Modelado teórico de sistemas a nanoescala con iones pesados. Universitätsbibliothek Gießen (Tesis). doi : 10.22029/jlupub-7899.
- ^ Flamini, R; Colonna, S; Hogan, C; Mahatha, SK; Papagno, M; Barla, A; Sheverdyaeva, PM; Moras, P; Aliev, ZS; Babanly, MB; Chulkov, EV; Carbone, C; Ronci, F (9 de febrero de 2018). "Evidencia de β-antimoneno en la interfaz Sb/Bi 2 Se 3". Nanotecnología . 29 (6): 065704. Código bibliográfico : 2018Nanot..29f5704F. doi :10.1088/1361-6528/aaa2c4. ISSN 0957-4484. PMID 29320369.
- ^ Hogan, Conor; Holtgrewe, Kris; Ronci, Fabio; Colonna, Stefano; Sanna, Simone; Moras, Paolo; Sheverdyaeva, Polina M.; Mahatha, Sanjoy; Papagno, Marco; Aliev, Ziya S.; Babanly, Mahammad; Chulkov, Evgeni V.; Carbone, Carlo; Flammini, Roberto (24 de septiembre de 2019). "Transición de fase impulsada por la temperatura en la heteroestructura de antimoneno / Bi 2 Se 3 van der Waals". ACS Nano . 13 (9): 10481–10489. arXiv : 1906.01901 . doi : 10.1021/acsnano.9b04377. ISSN 1936-0851. Número de modelo: PMID 31469534. Número de modelo: S2CID 174799137.
- ^ Jin, Kyung-Hwan; Yeom, Han Woong; Jhi, Seung-Hoon (19 de febrero de 2016). "Ingeniería de la estructura de bandas de heterojunciones de aislantes topológicos". Physical Review B . 93 (7): 075308. Bibcode :2016PhRvB..93g5308J. doi :10.1103/PhysRevB.93.075308. ISSN 2469-9950.
- ^ Holtgrewe, K.; Mahatha, SK; Sheverdyaeva, PM; Moras, P.; Flamini, R.; Colonna, S.; Ronci, F.; Papagno, M.; Barla, A.; Petaccia, L.; Aliev, ZS; Babanly, MB; Chulkov, EV; Sanna, S.; Hogan, C. (3 de septiembre de 2020). "Topologización de β-antimoneno en Bi2Se3 mediante efectos de proximidad". Informes científicos . 10 (1): 14619. Código bibliográfico : 2020NatSR..1014619H. doi :10.1038/s41598-020-71624-4. ISSN 2045-2322. PMC 7471962 . PMID 32884112.
- ^ Holtgrewe, Kris; Hogan, Conor; Sanna, Simone (2 de abril de 2021). "Evolución de los estados de superficie topológicos tras la adsorción de la capa de Sb en Bi2Se3". Materiales . 14 (7): 1763. Bibcode :2021Mate...14.1763H. doi : 10.3390/ma14071763 . ISSN 1996-1944. PMC 8061775 . PMID 33918428.
- ^ "Mina Santa Catarina, Rancho Calvillo, Santa Rosa, Sierra de Santa Rosa, Municipio de Guanajuato, Guanajuato, México". mindat.org . Consultado el 3 de abril de 2022 .
- ^ ab Anthony, John W.; Bideaux, Richard A.; Bladh, Kenneth W.; Nichols, Monte C. "Guanajuatita" (PDF) . Manual de mineralogía . Mineralogical Society of America . Consultado el 3 de abril de 2022 .
- ^ Nisson, DM; Dioguardi, AP; Klavins, P.; Lin, CH; Shirer, K.; Shockley, AC; Crocker, J.; Curro, NJ (13 de mayo de 2013). "Resonancia magnética nuclear como sonda de estados electrónicos de Bi 2 Se 3". Physical Review B . 87 (19): 195202. arXiv : 1304.6768 . Código Bibliográfico :2013PhRvB..87s5202N. doi :10.1103/PhysRevB.87.195202. ISSN 1098-0121. S2CID 118621215.
- ^
- ^ Chen, Yang; Liu, Yajun; Chu, Maoyou; Wang, Lijun (25 de diciembre de 2014). "Diagramas de fases y descripciones termodinámicas para los sistemas binarios Bi–Se y Zn–Se". Revista de aleaciones y compuestos . 617 : 423–428. doi :10.1016/j.jallcom.2014.08.001. ISSN 0925-8388.
- ^ Atuchin, VV; Golyashov, VA; Kokh, KA; Korolkov, IV; Kozhukhov, AS; Kruchinin, VN; Makarenko, SV; Pokrovsky, LD; prosvirina, IP; Romanyuk, KN; Tereshchenko, OE (7 de diciembre de 2011). "Formación de superficie escindida inerte Bi2Se3 (0001)". Crecimiento y diseño de cristales . 11 (12): 5507–5514. doi :10.1021/cg201163v. ISSN 1528-7483.