Uso de la deformación para controlar las propiedades del oxinitruro
Un descubrimiento casual conduce a un proceso simple que puede introducir ‘capas faltantes de oxígeno’ en los oxinitruros de perovskita, cambiando sus propiedades.
Los científicos japoneses han tropezado con un método simple para controlar la introducción de defectos, llamados ‘capas de vacantes’, en los oxinitruros de perovskita, lo que lleva a cambios en sus propiedades físicas. El enfoque, publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza, podría ayudar en el desarrollo de fotocatalizadores.
Los oxinitruros son compuestos inorgánicos formados por oxígeno, nitrógeno y otros elementos químicos. Han ganado mucha atención en los últimos años por sus interesantes propiedades, con aplicaciones en dispositivos ópticos y de memoria, y en reacciones fotocatalíticas, por ejemplo.
En 2015, el químico de estado sólido Hiroshi Kageyama del Instituto de Ciencias Integradas del Material Celular (iCeMS) de la Universidad de Kioto y su equipo informaron que encontraron una manera de fabricar oxinitruros utilizando un proceso de tratamiento de amoníaco a temperatura más baja que el método convencional que requiere más de 1000 ° F. VS). El nuevo proceso produjo un polvo policristalino con capas de átomos de oxígeno faltantes, conocidos como planos de vacancia de oxígeno.
El equipo quería examinar las propiedades físicas de este oxinitruro, por lo que lo cultivaron como una película delgada de un solo cristal sobre un sustrato. “Pero las capas de oxígeno libre en la película resultante estaban en un plano diferente al del polvo original”, dice Kageyama. Se preguntaron si el sustrato subyacente influía en la orientación de las capas libres de oxígeno.
El equipo cultivó una película de óxido de estroncio vanadio (SrVO3) sobre diferentes sustratos y la trató con amoníaco a una temperatura baja de 600 ° C. El plano de las capas libres de oxígeno y su periodicidad (la frecuencia con la que aparecen dentro de las otras capas de la película) cambiaron según el grado de desajuste entre las ‘deformaciones reticulares’ del sustrato y la película superpuesta. La deformación de celosía es una fuerza aplicada por el sustrato que hace que los átomos de un material se desplacen ligeramente con respecto a su posición normal.
“A pesar de que los químicos de estado sólido han sabido que los planos con defectos de oxígeno juegan un papel importante en cambiar las propiedades de los óxidos, como inducir la superconductividad, no hemos podido controlar su formación antes”, dice Kageyama.
Los óxidos se sintetizan típicamente mediante reacciones a alta temperatura, lo que dificulta el control de sus estructuras cristalinas. Usar una temperatura y una tensión más bajas en este experimento fue clave para el éxito.
“Nuestro equipo desarrolló un método para crear y controlar la dirección y la periodicidad de las capas de oxígeno libre en óxidos de película delgada simplemente aplicando tensión”, dice Kageyama. “Dado que la energía de deformación es enorme, hasta miles de grados Celsius, podemos usarlo para estabilizar estructuras novedosas que de otra manera no se forman «.
Kageyama dice que sería interesante investigar cómo los cambios en el espesor de la película de óxido, o la temperatura y el tiempo de reacción, también podrían afectar la orientación y periodicidad de las capas de oxígeno libre.
Referencia: 23 de noviembre de 2020, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19217-7