Fotocristalização do telúrio em matrizes de ditelureto de molibdênio e telureto de cádmio manganês

Abstract

Nos últimos anos, houve um avanço notável na compreensão das propriedades físicas de sistemas de baixa dimensionalidade. Dentre eles se destaca o telúrio (Te), que é um semicondutor de van der Waals, com uma estrutura atômica quiral unidimensional, o qual apresenta propriedades promissoras para aplicações em eletrônica e optoeletrônica. Trabalhos anteriores mostraram que a incidência de luz visível em materiais à base de telúrio promove o crescimento ordenado da fase trigonal do telúrio cristalino (t-Te) em sua superfície. Esse fenômeno é atribuído, principalmente, à presença de precipitados de Te na superfície dos filmes, provenientes do crescimento de filmes finos por técnicas de deposição em fase vapor. Dessa forma, a cristalização fotoinduzida do Te representa um caminho potencial para produção in situ de heteroestruturas de dimensão mista (MD) baseadas em t-Te. Neste trabalho se investiga a fotocristalização do Te em matrizes de ditelureto de molibdênio semimetálico (1T’-MoTe2) crescido por sublimação em espaço reduzido (CSS) e telureto de cadmio-manganês (Cd1-xMnxTe) crescido por epitaxia por feixe molecular (MBE). A partir de investigações de espectroscopia Raman foi realizada uma análise quantitativa da cristalização, que permitiu monitorar a evolução da intensidade dos modos vibracionais relacionados ao t-Te. Observou- se que o fênomeno é consistente com a teoria de Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami (KJMA) para o processo de cristalização global. Os expoentes característicos do crescimento (expoentes de Avrami) obtidos indicam que o crescimento fotoinduzido do t-Te é controlado por difusão. Para matriz de 1T’-MoTe2 foi introduzido um modelo mais específico, usando formalismo de equação mestra, considerando os eventos de associação e dissociação. Já na matriz semicondutora foi demonstrado a capacidade de suprimir a cristalização fotoinduzida do telúrio, ajustando a energia de gap do Cd1-xMnxTe para valores superiores à energia dos fótons de excitação. Palavras-chave: fotocristalização; ditelureto de molibidênio; telureto de cádmio-manganês; telúrio cristalino; difusão.

In recent years, there has been a significant advancement in comprehending the physical characteristics of low-dimensional systems. Tellurium (Te) stands out among these systems as a van der Waals semiconductor with a one-dimensional chiral atomic structure. This structure has promising properties for applications in electronics and optoelectronics. Previous works have shown that the incidence of visible light on tellurium-based materials promotes the ordered growth of the trigonal phase of crystalline tellurium (t-Te) on its surface. This phenomenon is attributed to Te precipitates on the surface of the films, which result from the growth of thin films by vapor phase deposition techniques. Consequently, photoinduced crystallization of Te represents a potential pathway for in situ production of mixed-dimensional (MD) heterostructures based on t-Te. The present study examines the photocrystallization of Te in matrices of semimetallic molybdenum ditelluride (1T’- MoTe2) grown by closed-spaced sublimation (CSS) and cadmium-manganese telluride (Cd1-xMnxTe) grown by molecular beam epitaxy (MBE). A quantitative analysis of the crystallization process was conducted via Raman spectroscopy, with the evolution of the intensity of the vibrational modes related to t-Te being monitored. The results demonstrated that the observed phenomenon is consistent with the Kolmogorov-Johnson-MehlAvrami (KJMA) theory for global crystallization. The obtained growth characteristic exponents (Avrami exponent) indicate that the photoinduced growth of t-Te is controlled by diffusion. In the 1T’-MoTe2 matrix, we introduce a more specific model using the master equation formalism, which considers the association and dissociation events. In the semiconductor matrix, we demonstrate the ability to suppress the photoinduced crystallization of tellurium by adjusting the band gap energy of Cd1- MnxTe to values higher than the excitation photons energy. Keywords: photocrystallization; telluride; crystalline tellurium; molybdenum diffusion ditelluride; cadmium-manganese.