151. Investigações de propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e magnéticas de nanocristais Bi2-xFexS3, Bi2-xCoxS3, Bi2-xCrxS3 e Sb2-xMnxS3 em matrizes vítreas
- Author
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GUIMARÃES, Éder Vinícius and SILVA, Ricardo Souza da
- Subjects
Sulfeto de bismuto ,Doping transition metals ,Interações de troca sp-d ,Matrizes vítreas ,Sulfeto de antimônio ,Diluted magnetic semiconductor nanocrystals ,CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA [CNPQ] ,Sp-d exchange interactions ,Glass matrices ,Bismuth sulfide ,Nanocristais semicondutores magnéticos diluídos ,Antimony sulfide ,Metais de transição dopantes - Abstract
Nanocristais (NCs) Bi2-xFexS3, Bi2-xCoxS3, Bi2-xCrxS3 e Sb2-xMnxS3 semicondutores magnéticos diluídos (SMD) pertencem a uma nova classe de materiais, com potencial tecnológico para aplicação em dispositivos optoeletrônicos e spintrônicos. As propriedades estruturais, eletrônicas, ópticas e magnéticas destes NCs SMD respondem pelo regime de confinamento quântico e interação de troca sp-d, entre os portadores de carga dos semicondutores hospedeiros e os elétrons desemparelhados do metal de transição (MT). Nesta tese, pela primeira vez, investigou-se os efeitos de confinamento quântico e concentração-x variável de íons Fe, Co, Cr e Mn em sítios de NCs Bi2S3 e Sb2S3 embebidos em vidros. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão evidenciaram o diâmetro dos NCs e planos cristalinos dhkl, correspondentes aos padrões de difração de raios-X dos semicondutores Bi2S3 e Sb2S3. A Análise qualitativa realizada por espectroscopia de energia dispersiva de raios-X, sugeriu os elementos químicos presentes nas amostras. Para os NCs Bi2-xFexS3, o momento magnético e as transições ressonantes finas do spin e os cálculos de estruturas de bandas, volume da célula unitária e cargas de Bader confirmaram os íons Fe3+ na estrutura cristalina do Bi2S3. Para os NCs Bi2-xCoxS3, as absorções ópticas na região do visível e infravermelho e as oito linhas ressonantes hiperfinas do spin comprovaram os íons Co2+ em sítios tetraédricos no Bi2S3 cristalino. Para os NCs Bi2-xCrxS3, os modos vibracionais Raman, as absorções ópticas na região do visível e os cálculos de estruturas de bandas, volume da célula unitária e momento magnético de spin constataram os íons Cr3+ em sítios octaédricos no cristal Bi2S3. Para os NCs Sb2-xMnxS3, as seis linhas ressonantes hiperfinas do spin e os modos vibracionais Raman confirmaram a presença dos íons Mn2+ em sítios cristalinos do Sb2S3. Os NCs SMD formados e crescidos em matrizes vítreas, por método de fusão e tratamento térmico, possuem propriedades intrínsecas e ajustáveis em função do tamanho e concentração de íons dopantes MT, para aplicações tecnológicas e futuras pesquisas em nanotecnologia. Nanocrystals (NCs) Bi2-xFexS3, Bi2-xCoxS3, Bi2-xCrxS3 and Sb2-xMnxS3 Dilute Magnetic Semiconductors (DMS) belong to a new class of materials, with technological potential for application in optoelectronic and spintronic devices. The structural, electronic, optical and magnetic properties of these DMS NCs account for the quantum confinement regime and the sp-d exchange interaction between the charge carriers of the host semiconductors and the unpaired electrons of the transition metal (TM). In this thesis, for the first time, the effects of quantum confinement and variable x-concentration of Fe, Co, Cr and Mn ions on Bi2S3 and Sb2S3 NCs sites embedded in glass were investigated. Transmission electron microscopy images showed the NCs diameter and dhkl crystalline planes, corresponding to the X-ray diffraction patterns of Bi2S3 and Sb2S3 semiconductors. Qualitative analysis performed by energy dispersive X-ray spectroscopy suggested the chemical elements present in the samples. For Bi2-xFexS3 NCs, the spin magnetic moment and fine resonant transitions and calculations of band structures, unit cell volume and Bader charges confirmed the Fe3+ ions in the Bi2S3 crystal structure. For Bi2-xCoxS3 NCs, optical absorptions in the visible and infrared region and the eight spin hyperfine resonant lines confirmed the Co2+ ions in tetrahedral sites in crystalline Bi2S3. For Bi2-xCrxS3 NCs, Raman vibrational modes, optical absorptions in the visible region and calculations of band structures, unit cell volume and spin magnetic moment verified the Cr3+ ions in the octahedral sites in Bi2S3 crystal. For Sb2-xMnxS3 NCs, the six spin hyperfine resonant lines and Raman vibrational modes confirmed the presence of Mn2+ ions in Sb2S3 crystalline sites. SMD NCs formed and grown in glass matrices by fusion and heat treatment methods, have intrinsic and adjustable properties depending on the size and TM doping ions concentration, for technological applications and future research in nanotechnology. Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais - FAPEMIG
- Published
- 2021