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Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 15 de setiembre de 2023. Los semimetales topológicos son materiales que han despertado el interés de la comunidad científica por sus inusuales propiedades electrónicas, con un enorme potencial en el desarrollo de innumerables dispositivos y aplicaciones, como detectores ópticos, espintrónica o dispositivos termoeléctricos más eficientes.
El telururo de galio germanio (GaGeTe) es un compuesto de capas químicamente estable en el aire y el agua en condiciones ambientales. Está hecho de una capa corrugada de gemaneno incrustada entre las dos subcapas de GaTe, lo que permite una alta movilidad del portador eléctrico que puede ser muy útil en el desarrollo de aplicaciones nanoelectrónicas y optoelectrónicas 2D.
Recientemente se ha demostrado que este compuesto existe en dos estructuras cristalinas diferentes (politipos), es decir, ambas tienen los mismos átomos pero apilados de forma diferente.
Ahora, un equipo de la Universitat Politècnica de València, la Universitat de València, la Universidad de La Laguna, la University of Porto, la Universidad de El Salvador, la University of Pardubice y los sincrotrones ALBA y Elettra ha realizado un exhaustivo análisis experimental y teórico para describir las estructuras estructurales, propiedades vibracionales y electrónicas de ambas estructuras a alta presión. Han encontrado dos transiciones de fase (7 y 15 GPa aproximadamente) en el rango de hasta 18 GPa y la pérdida de las características topológicas por encima de 3 GPa.
Estas transiciones indican un cambio de la coordinación tetraédrica de los átomos de Ga y Ge a baja presión a la coordinación octaédrica en las fases de alta presión. Las estructuras intermedias propuestas (alfa y beta) por encima de 7GPa son únicas ya que no se han observado en ningún otro compuesto, aunque guarda cierto parecido con la estructura de tetradimita del Bi2Te3. Por otro lado, la fase por encima de 15 GPa exhibe una simetría considerable, lo que sugiere una derivación de la estructura de sal de roca típica de los compuestos originales III-VI a alta presión.
El equipo ha realizado medidas de dispersión Raman de alta presión y difracción de rayos X en la línea de luz MSPD del Sincrotrón ALBA y en la línea de luz XPRESS de Elettra (Italia), además de cálculos teóricos a diferentes presiones. En particular, la luz de sincrotrón ha sido clave para distinguir las dos estructuras cristalinas diferentes de GAGeTe y muestra que tienen comportamientos similares a alta presión aunque pertenecen a grupos espaciales diferentes.
Este trabajo ha sido realizado por miembros del proyecto MALTA Consolider, que reúne a más de 70 miembros y 12 grupos de investigación de diferentes países, para realizar estudios de alta presión sobre el agua y los sistemas relacionados con la vida, las propiedades físicas y la reactividad química de los sistemas moleculares y la estructura, estabilidad y reactividad de minerales.
Figura: (a) Esquema de los dos politipos de GaGeTe; (b) Dependencia de la presión del volumen de celda unitaria y parámetros de red de la fase de baja presión de ambos politipos. Los símbolos negros y rojos corresponden al politipo α y β, respectivamente; Vista 3D de la celda unitaria hexagonal de (c) α'-GaGeTe, (d) β'-GaGeTe y (e) y Bi2Te3(c).
Agradecimientos: Este trabajo forma parte del proyecto MALTA Consolider Team Network (RED2022-134388-T), financiado por MINECO/AEI/10.13039/501100003329; por los proyectos de I+D+i PID2019-106383GB-41/42/43, FIS2017-83295-P y PID2021-125927NB-C2 financiados por MCIN/AEI/10.13039/501100011033; y por el proyecto PROMETEO CIPROM/2021/075 (GREENMAT), financiado por la Generalitat Valenciana. Este estudio forma parte del programa Materiales Avanzados y cuenta con el apoyo de MCIN con financiación de la Unión Europea NextGeneration EU (PRTR-C17.I1) y de la Generalitat Valenciana a través de los proyectos MFA/2022/007 y MFA/2022/025 (ARCANGEL). Los autores agradecen al Sincrotrón ALBA por los experimentos realizados en la línea de luz MSPD con la colaboración del personal de ALBA (propuestas n.° 2015021222 y 2020074395), así como al Elettra Sincrotrone Trieste por los experimentos realizados en la línea de luz XPRESS (propuesta 20215005).
