Síntese e caracterização de nanocristais semicondutores magnéticos diluídos de Bi2-xCoxS3 em matrizes vítreas - GUIMARÃES, Éder Vinícius (2017)
Nanocristais semicondutores magnéticos diluídos de Bi2-xCoxS3 foram sintetizados e crescidos com sucesso em matriz vítrea de composição 45SiO2.30Na2CO3.5Al2O3.20B2O3 (mol%), dopada com os precursores Bi2O3, S e Co por meio do processo de fusão-nucleação e posterior tratamento térmico em temperatura de transição vítrea de 500°C, determinada experimentalmente por análise térmica diferencial. Através de métodos instrumentais de análise e técnicas de caracterização de materiais foi possível evidenciar a formação desses nanocristais. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão revelaram o tamanho e confirmaram o crescimento de nanocristais de Bi2-xCoxS3. Com o aumento da concentração xCo nos nanocristais de Bi2-xCoxS3, ocorreu à mudança do espaçamento dos planos cristalinos da estrutura característica do Bi2S3, por causa disso, picos de difração de raios x dos nanocristais deslocaram-se para menores ângulos, dando fortes evidências da incorporação de íons Co2+ na estrutura cristalina dos nanocristais de Bi2S3. Os espectros de ressonância paramagnética eletrônica correspondente a transição eletrônica +½ ↔ -½ evidenciaram o conhecido octeto de linhas hiperfinas dos íons Co2+ quando incorporados em nanocristais de Bi2S3. Nos espectros de absorção óptica foi possível acompanhar a cinética de crescimento dos nanocristais, mediante o deslocamento para maiores comprimentos de onda (“redshift”) da borda da banda de condução de absorção óptica dos pontos quânticos de Bi2S3 em função do tratamento térmico. Tal fenômeno resultou na superposição das bandas características das transições d-d de íons Co2+ na região do visível, cuja as interações de troca sp-d entre os elétrons nos orbitais de S e Co do Bi2-xCoxS3 estabilizaram em simetria tetraédrica, possibilitando novas propriedades ópticas ao semicondutor. Com base na teoria do campo cristalino e com o auxílio dos diagramas de Tanabe-Sugano evidenciou-se que íons de Co2+ foram incorporados substitucionalmente aos de Bi3+ em sítios tetraédricos de nanocristais de Bi2S3, em razão das transições características na região espectral do visível e infravermelho próximo.