Vidrio de sulfuro de galio y lantano
El vidrio de sulfuro de galio y lantano es el nombre de una familia de vidrios de calcogenuro, denominados vidrios de sulfuro de galio y lantano (Ga-La-S). Son mezclas de La2S3, La2O3 y Ga2S3, que forman el vidrio básico con otros modificadores del vidrio añadidos según sea necesario. Los vidrios de sulfuro de galio-lantano tienen una amplia gama de formación vítrea centrada en torno a una mezcla 70% Ga2S3 : 30% La2O3, y aceptan fácilmente otros materiales modificadores en su estructura.Esto significa que la composición del Ga-La-S puede ajustarse para dar una amplia variedad de propiedades ópticas y físicas.
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El vidrio de sulfuro de galio y lantano es el nombre de una familia de vidrios de calcogenuro, denominados vidrios de sulfuro de galio y lantano (Ga-La-S). Son mezclas de La2S3, La2O3 y Ga2S3, que forman el vidrio básico con otros modificadores del vidrio añadidos según sea necesario. Los vidrios de sulfuro de galio-lantano tienen una amplia gama de formación vítrea centrada en torno a una mezcla 70% Ga2S3 : 30% La2O3, y aceptan fácilmente otros materiales modificadores en su estructura.[1]Esto significa que la composición del Ga-La-S puede ajustarse para dar una amplia variedad de propiedades ópticas y físicas.
La capacidad de formación de vidrio del sulfuro de galio (III) y del sulfuro de lantano fue descubierta en 1976 por Loireau-Lozac'h, Guittard y Flahut.[2]
Ópticamente, el Ga-La-S tiene un alto índice de refracción, una ventana de transmisión que cubre la mayor parte de las longitudes de onda visibles y se extiende hasta unos 10 µm y una energía máxima de fonones baja, de aproximadamente 450 cm-1.
Desde el punto de vista térmico, el índice de refracción de los vidrios Ga-La-S presenta una fuerte dependencia de la temperatura y una baja conductividad térmica, lo que se traduce en una fuerte lente térmica. Sin embargo, la elevada temperatura de transición vítrea del Ga-La-S lo hace resistente a los daños térmicos, tiene una buena durabilidad química y, a diferencia de muchos calcogenuros basados en el arsénico, sus componentes vítreos no son tóxicos.
Una clara ventaja sobre otros calcogenuros es su alto contenido en lantano, que permite una excelente solubilidad de las tierras raras y la dispersión de los iones en la matriz de vidrio para dispositivos activos.[3]El Ga-La-S puede existir tanto en fase vítrea como cristalina,[1] en fase vítrea, es un semiconductor con un bandgap de 2,6 eV correspondiente a una longitud de onda de 475 nm; en consecuencia, el vidrio de Ga-La-S adquiere un color naranja intenso. Como ocurre con todos los calcogenuros, la fase de la masa viene determinada por dos factores clave: la composición del material y la velocidad a la que se enfría el material fundido. Estas variables pueden controlarse para manipular la fase final del material.
Química
La estructura del vidrio Ga-La-S consiste en enlaces Ga-S, con una longitud de 0,226 nm, y enlaces La-S de longitud 0,293 nm. Se ha informado de que las longitudes de los enlaces Ga-S en el estado vítreo son idénticas a las del estado cristalino.[5] Por lo tanto, sólo es necesario cambiar los ángulos de enlace y, así, se plantea la hipótesis de que el Ga-La-S tiene el potencial de ser un material de memoria de cambio de fase de conmutación rápida.
En el cristal de Ga2S3 que se muestra en la figura 2, se observa que dos de los tres átomos de azufre (S1 y S2) están unidos a tres átomos de galio. Estos átomos de azufre tienen dos enlaces covalentes normales con dos de los átomos de galio. El tercer enlace Ga-S es dativo o covalente coordinado (uno de los átomos proporciona ambos electrones). El tercer átomo de azufre, S3, está unido a sólo dos átomos de galio y se cree que es un átomo puente. El número medio de coordinación del azufre es superior a dos; los vidrios de sulfuro suelen tener números de coordinación inferiores a dos. Experimentalmente, no se ha observado Ga2S3 en estado vítreo. Sin embargo, existe una unidad GaS4 dentro del cristal de Ga-S que se ha observado como el formador del vidrio. El enlace La-S es iónico y es probable que sea un modificador de la red. Añadiendo un sulfuro iónico al cristal, como La2S3, es posible modificar el Ga2S3 cristalino en una estructura vítrea.
De todos los sulfuros de tierras raras, el lantano es el que da la mayor variedad de compuestos vítreos. El efecto de añadir un modificador iónico de sulfuro como una molécula de La2S3 al cristal es romper uno de los enlaces dativos Ga-S y sustituirlo por un anión S2-. Este anión une el átomo de galio de forma que su entorno tetraédrico no se altera, pero lo que era un átomo de S tricoordinado se convierte ahora en un átomo puente dicoordinado. Este proceso crea un vacío negativo que puede rellenarse con un catión La3+. Desde el punto de vista eléctrico, la adición de La2S3 confiere al vidrio un carácter esencialmente iónico.[5]
