Gustavo Ruano-Sandoval
Estudio de la estructura electrónica de nanoparticulas de hierro embebidas en pirita
Gustavo Ruano- Sandoval
Instituto de Física del Litoral-Santa Fe
La pirita ha demostrado ser un material versátil. Las áreas de interés van desde la biología; con respecto al origen de la vida [1], a la tecnología basada en semiconductores avanzados [2] resultando poseer un gap indirecto en su forma bulk. Además, es producto básico en la industria pesada y por lo tanto su costo es muy bajo. Recientemente, hemos caracterizado por técnicas de análisis de superficie, la interacción de iones de gases nobles (empleando energías cinéticas en el rango de keV) con superficies (100) de pirita. Estos resultados indican que los iones He+ de 4 keV inducen una serie de reacciones químicas en la superficie que conducen a agregados de hierro [3]. Las nanopartículas así obtenidas (Fe-np) tienen tamaños, y distribuciones en profundidad, altamente dependientes de la energía de los iones [4]. Estudiamos más a fondo dicha alteración, considerando incrustaciones de Fe-np de diferentes tamaños en la matriz del semiconductor, focalizando el estudio en la estructura electrónica del sistema, mediante una combinación entre la técnica de espectroscopia de fotoemisión ultravioleta (UPS) y la teoría de la funcional densidad (DFT). Además, mediante la técnica de espectroscopia de dispersión de iones (ISS), que explora la estructura atómica de la superficie, hemos podido asignar los cambios en la densidad de estados (DOS) a un cambio en las proporciones atómicas (como efecto del sputtering preferencial entre los elementos), y la formación de vacancias [5] que conduce a la aglomeración de hierro. Otro efecto interesante que reportamos es la reversibilidad del daño (restitución de la atomicidad S y estructura de DOS) en un recocido térmico del sistema.
[1] Wächtershäuser G. On the chemistry and evolution of the pioneer organism, Chem. Biodivers., Vol. 4, 584-603,2007.
[2] Ding L., Fan X., Sun X., Du J., Liu Z.,Tao C., Direct preparation of semiconductor iron sulfide nanocrystals from natural pyrite, RSC Adv, Vol. 3 p. 4539-4546, 2013.
[3] Ruano G., Pomiro F., Ferrón J. Surface chemical reactions induced on pyrite by ion bombardment, Surf. Sci.,Vol. 64, 138-147, 2018.
[4] Pomiro F., Candia A. E., Montoro S., Passeggi (Jr) M. C. G., Ruano G., Ferrón J., Iron Nanoparticle Generation by He+ Ion Bombardment, J. Phys. Chem. C, Vol. 121, 26117-26124, 2018.
[5] Ruoshi Sun, Chan M. K. Y., Ceder G. First-principles electronic structure and relative stability of pyrite and marcasite: Implications for photovoltaic performance, Phys. Rev. B, Vol. 83, 235311-12, 2017