Modulación de propiedades elásticas y electrónicas por tensión en na- nohilos de ZnX(X=O, S, Se) y BeO, y nanohilos ultradelgados con núcleo de ZnO

VALDEZ, LUCY ALEJANDRA; CARAVACA, MARIA DE LOS ANGELES

Santa Fe

Congreso; 104 RAFA; 2019

Asociación Física Argentina

En este trabajo se presentan contribuciones al estudio nanohilos de ZnO, ZnS,ZnSe, y BeO, con estructura wurtzita(B4) y diámetros de entre 1 y 3.7 nm. Si bien elprimero de ellos está siendo investigado desde las últimas décadas junto con ZnS, losnanohilos de ZnSe y BeO no han sido analizados respecto de sus propiedades elásticasy electrónicas por métodos ab-initio. Estos sistemas son importantes por su respuestaoptoelectrónica y su potencial uso en fotocatálisis y como parte de sensores y celdassolares.En cada uno de los nanohilos se optimizó la estructura permitiendo una completarelajación de la celda. Se halló, en general, que las constantes de red optimizadas difie-ren levemente de los sistemas bulk y la estructura wurtzita es estable para los tamañosconsiderados. En la estructura de los nanohilos relajados se distingue claramente unaregión cristalina y una capa distorsionada, la cual posee un espesor relativamenteconstante desde los 2 nm de diámetro. Esta distinción permite sugerir el tamañomı́nimo que debe tener el nanohilo para ser detectable por difracción de rayos X. Eneste sentido, nuestros resultados están en acuerdo con el orden de magnitud de lostamaños observados experimentalmente en nanohilos de ZnO, ZnS y ZnSe, mientrasque para nanohilos de BeO el resultado es predictivo.Se aplicaron un conjunto de tensiones uniaxiales en la dirección [0001] hastadeformaciones relativas de 0.05 para estimar el módulo de Young, coeficiente dePoisson y tenacidad relativa, entre otras propiedades.La modificación del gap y la masa efectiva fue analizada según el tamaño y ladeformación uniaxial aplicada a los nanohilos. En el estado de equilibrio, la masaefectiva en los nanohilos de ZnO, ZnS y BeO decrecen respecto de sus valores enbulk, mientras que en ZnSe es prácticamente la misma. Al aplicarse deformacionesrelativas uniaxiales de hasta 0.05 en nanohilos de ZnSe, ZnS y BeO, se observó unadisminución de la masa efectiva que aumentarı́a la movilidad de portadores por efectode tamaño favoreciendo la conductividad. La masa efectiva de los nanohilos de ZnOes prácticamente independiente de la deformación. En consecuencia, se encuentra quelos nanohilos core/shell de ZnO/ZnS(ZnSe) estarı́an mejor modulados por tensión quelos nanohilos de ZnO/BeO.Por otra parte, la energı́a de formación superficial fue evaluada en dos direccionescristalográficas importantes de la fase wurtzita, infiriéndose un crecimiento más favo-rable en la dirección [0001] que en la dirección [1010]. Este resultado está en acuerdocon las direcciones de crecimiento observadas en estos nanohilos por diferentes pro-cedimientos de sı́ntesis. También se encontró que los nanohilos de ZnS y ZnSe serı́anestables para tamaños menores que los nanohilos de ZnO y BeO.El estudio fue extendido a nanohilos core/shell no sólo para evaluar sus diferenciascon respecto a los nanohilos puros de ZnO, sino también por la posibilidad de modularlas caracterı́sticas de un nanomaterial según las especies quı́micas, espesor de la capacobertora(shell) y bajo tensiones uniaxiales.En este trabajo se estudian seis sistemas denotados como ZnO/(X)i , siendo X =ZnS, ZnSe o BeO, y el subı́ndice i indica la cantidad de capas externas anexadas sobreun core de ZnO(1.0 nm), donde 1 nm es el diámetro original del core. Se observó unaumento de la tenacidad en nanohilos de ZnO/BeO respecto de los nanohilos purosde ZnO, y una disminución de la misma en los nanohilos de ZnO/ZnS y ZnO/ZnSe, locual se acentuó con la incorporación de una segunda capa externa. El módulo de Youngy coeficiente de Poisson hallados indican la tendencia de estos sistemas core/shella modificar su carácter dúctil a frágil mediante el agregado de una segunda capacobertora. Las variaciones de las masas efectivas y energı́a del gap con la deformación,indican una mejora de la mobilidad de portadores cuando se adicionan capas externasde ZnS o ZnSe, y una disminución de la misma con el agregado de BeO sobre ZnO.Además, se predice para los nanohilos ultradelgados de ZnO/(ZnS) y ZnO/(ZnSe) uncrecimiento más estable que ZnO/(BeO).