Estudo estrutural, vibracional e óptico da liga calcogênica amorfa Se90S10 produzida por síntese mecânica

Abstract

Resumo: O interesse nas ligas amorfas calcogênicas (LAC, ligas formadas pelos elementos S, Se, e Te) tem crescido nos últimos anos devido ao seu grande potencialtecnológico aplicado a dispositivos eletrônicos, optoeletrônicos, ópticos e de memóriade troca. Devido à respeito da formação da liga amorfa Se90S10 produzida por síntese mecânica e também de suas propriedades vibracionais e ópticasatravés do uso de difração de raio-X (DRX) usando um difratrômetro convencional etambém luz síncrotron, estudo da estrutura fina pela absorção de raio-X (comumente chamada na literatura de EXAFS), espectroscopia Raman (ER), e simulações viamétodo Monte Carlo reverso (MCR) usando fator de estrutura total S(K) obtido viaDRX por luz síncrotron com e sem dados de EXAFS juntos. O modos de vibraçãoda liga foram determinados usando ER, sendo que estes resultados confirmaram apresença de pares do tipo Se-Se e Se-S na liga, mas foram inconclusivos quanto aosdo tipo S-S. A partir de dados de EXAFS obtidos a três temperaturas, T = 300K, 200 K e 30 K, e usando análise dos cumulantes, distâncias médias interatômicas,números médios de coordenação, temperaturas de Einstein, fatores de Debye-Wallere de anarmonicidade (obtidos pelo terceiro cumulante) foram obtidos. Os resultadosindicam que os pares do tipo Se-S são mais desordenados que os do tipo Se-Se. Paramodelar a estrutura da liga, simulações via método MCR foram realizados, usando S(K) com e sem dados de EXAFS juntos. Assim, informações como distânciasmédias interatômicas, números médios de coordenação e distribuição de ângulos deligação, de modo que as informações obtidas via MCR e as obtidas via EXAFS estãoem concordância, independentemente entre si. Medidas de absorção óptica foramfeitas, de modo a se obter o gap óptico da liga.

Abstract: The interest in chalcogenide glasses (glasses formed by elements Se, S and Te), has grown in recent years due to their technological applications in electronic, optoelectronic, optical and memory switching devices. Due to the promising applications of Se-S alloys and the lack of a systematic investigation of their structures, we think that a more detailed structural study about these amorphous alloys should be carried on. Thus, here we have studied the formation of an amorphous Se90S10 by mechanical alloying and also its structural, vibrational and optical properties by using synchrotron x-ray diffraction (XRD), extended x-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS), Raman spectroscopy (RS) and reverse Monte Carlo simulations (RMC) of the total structure factor S(K) obtained from synchrotron XRD measurements. Vibrational modes of the alloy were determined by using RS, and these results showed the presence of Se-S pairs in the alloy, although the average coordination number concerning this pair is small. From EXAFS data obtained at three temperatures, T = 300 K, 200 K and 30 K, and using a cumulant analysis, average interatomic distances, average coordination numbers, Einstein temperatures, DebyeWaller factors and anharmonicity, given by the third cumulant, were obtained. The results indicate that Se-S pairs are more disordered and distorted than Se-Se pairs due to the milling process. In order to model the structure of the alloy, RMC simulations using the XRD total structure factor S(K) were made. Then, information such as average coordination numbers, average interatomic distances and bond-angle distribution functions were obtained, and structural parameters obtained from RMC simulations agree very well with those found from EXAFS, reinforcing the results extracted from both techniques. The optical gap of the alloy was obtained by optical absorption measurements.