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Disulfuro de tántalo

 
Disulfuro de tántalo

Estructura cristalina que muestra dos láminas S-Ta-S apiladas
General
Fórmula molecular TaS2
Identificadores
Número CAS 12143-72-5[1]​
ChemSpider 74843
PubChem 82945
InChI=InChI=1S/2S.Ta
Key: FAWYJKSBSAKOFP-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 244,892138 g/mol
Estructura cristalina Sistema cristalino hexagonal
[editar datos en Wikidata]

El sulfuro de tántalo (IV) es un compuesto inorgánico de fórmula TaS2. Es un compuesto en capas con centros de sulfuro de tres coordenadas y centros metálicos trigonales prismáticos u octaédricos[2]​ Es estructuralmente similar al disulfuro de molibdeno MoS2 y a otros numerosos dicalcogenuros de metales de transición. El disulfuro de tántalo tiene tres polimorfos: 1T-TaS2, 2H-TaS2 y 3R-TaS2, que representan respectivamente el trigonal, el hexagonal y el romboédrico.

Se han descrito las propiedades del polimorfo 1T-TaS2.[3]​[4]​[5]​

Metaestabilidad

El 1T-TaS2 es el único, no sólo entre los dicalcogenuros de metales de transición (TMDs por sus siglas en inglés), sino también entre los "materiales cuánticos" en general, que presenta un estado metálico metaestable a bajas temperaturas.[6]​ El paso del estado aislante al metálico puede lograrse ópticamente o mediante la aplicación de impulsos eléctricos. El estado metálico es persistente por debajo de ~20 K, pero su duración puede ajustarse cambiando la temperatura. La duración del estado metaestable también puede ajustarse mediante deformación. La conmutación entre estados inducida eléctricamente es de interés actual, ya que puede utilizarse para dispositivos de memoria ultrarrápidos y energéticamente eficientes.[7]​

Debido a la disposición triangular frustrada de los electrones localizados, se sospecha que el material soporta algún tipo de estado líquido de espín cuántico. Ha sido objeto de numerosos estudios como huésped para la intercalación de donantes de electrones.[8]​

Preparación

  • Muestra de TaS2 policristalino
    Muestra de TaS2 policristalino
  • Cristales de 1T-TaS2 crecidos por reacción de transporte
    Cristales de 1T-TaS2 crecidos por reacción de transporte
  • (a): Esquema del patrón de estrella de David en 1T-TaS2 donde los átomos verdes son S y los morados Ta. (b) y (c) son imágenes STM (6,5 K) antes y después de la aplicación de pulsos de 2,8 V a través de la punta STM. Los recuadros muestran imágenes ampliadas ~10 veces.
    (a): Esquema del patrón de estrella de David en 1T-TaS2 donde los átomos verdes son S y los morados Ta. (b) y (c) son imágenes STM (6,5 K) antes y después de la aplicación de pulsos de 2,8 V a través de la punta STM. Los recuadros muestran imágenes ampliadas ~10 veces.
  • Imagen de resolución atómica de 1T-TaS2 (298 K). Obtenida mediante HAADF STEM. Barra de escala de 2 nm.[9]​
    Imagen de resolución atómica de 1T-TaS2 (298 K). Obtenida mediante HAADF STEM. Barra de escala de 2 nm.[9]​

El TaS2 se prepara por reacción de tántalo en polvo y azufre a ~900 °C.[10]​ Se purifica y cristaliza por transporte químico de vapor utilizando yodo como agente transportador:[11]​

   TaS2 + 2 I2 ⇌ TaI4 + 2 S

Se escinde fácilmente y tiene un brillo dorado característico. Tras una exposición prolongada al aire, la formación de una capa de óxido provoca el oscurecimiento de la superficie. Las películas finas pueden prepararse mediante deposición química de vapor y epitaxia de haces moleculares.

Dispositivos de memoria y otras aplicaciones potenciales

La conmutación del material hacia y desde el estado de "mosaico", o dominio, mediante pulsos ópticos o eléctricos se utiliza para dispositivos de "memoria de configuración de carga" (CCM). La característica distintiva de estos dispositivos es que presentan una conmutación de resistencia no térmica muy eficiente y rápida a bajas temperaturas.[7]​ Se ha demostrado el funcionamiento a temperatura ambiente de un oscilador de ondas de densidad de carga y la modulación en GHz del estado CDW impulsada térmicamente.[12]​[13]​

Referencias

  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Wilson, J.A.; Di Salvo, F.J.; Mahajan, S. (1975). «Charge-density waves and superlattices in the metallic layered transition metal dichalcogenides». Advances in Physics 24 (2): 117-201. doi:10.1080/00018737500101391. 
  3. ↑ Williams, P. M.; Parry, G. S.; Scrub, C. B. (1974). «Diffraction evidence for the Kohn anomaly in 1T TaS2». Philosophical Magazine 29 (3): 695-699. ISSN 0031-8086. doi:10.1080/14786437408213248. 
  4. ↑ Grant, A J; Griffiths, T M; Yoffe, A D; Pitt, G D (21 de julio de 1974). «Pressure-induced semimetal-metal and metal-metal transitions in 1T and 2H TaS2». Journal of Physics C: Solid State Physics 7 (14): L249-L253. ISSN 0022-3719. doi:10.1088/0022-3719/7/14/001. 
  5. ↑ Duffey, J.R.; Kirby, R.D.; Coleman, R.V. (1976). «Raman scattering from 1T-TaS2». Solid State Communications 20 (6): 617-621. ISSN 0038-1098. doi:10.1016/0038-1098(76)91073-5. 
  6. ↑ Stojchevska, L.; Vaskivskyi, I.; Mertelj, T.; Kusar, P.; Svetin, D.; Brazovskii, S.; Mihailovic, D. (2014). «Ultrafast Switching to a Stable Hidden Quantum State in an Electronic Crystal». Science 344 (6180): 177-180. Bibcode:2014Sci...344..177S. ISSN 0036-8075. PMID 24723607. S2CID 206550327. arXiv:1401.6786. doi:10.1126/science.1241591. 
  7. ↑ a b Mihailovic, D.; Svetin, D.; Vaskivskyi, I.; Venturini, R.; Lipovsek, B.; Mraz, A. (2021). «Ultrafast non-thermal and thermal switching in charge configuration memory devices based on 1T-TaS2». Appl. Phys. Lett. 119 (1): 013106. Bibcode:2021ApPhL.119a3106M. S2CID 237851661. doi:10.1063/5.0052311. 
  8. ↑ Revelli, J. F.; Disalvo, F. J. (1995). «Tantalum Disulfide (TaS2 ) and Its Intercalation Compounds». Tantalum Disulfide (TaS2) and Its Intercalation Compounds. Inorganic Syntheses 30. pp. 155-169. ISBN 9780470132616. doi:10.1002/9780470132616.ch32. 
  9. ↑ Sung, S.; Schnitzer, N.; Novak, S.; Kourkoutis, L.; Heron, J.; Hovden, R. (2022). «Two-dimensional charge order stabilized in clean polytype heterostructures». Nat. Commun. 13 (1): 413. Bibcode:2022NatCo..13..413S. PMC 8776735. PMID 35058434. doi:10.1038/s41467-021-27947-5. 
  10. ↑ Navarro-Moratalla, Efrén; Island, Joshua O.; Mañas-Valero, Samuel; Pinilla-Cienfuegos, Elena; Castellanos-Gomez, Andres; Quereda, Jorge; Rubio-Bollinger, Gabino; Chirolli, Luca et al. (17 de marzo de 2016). «Enhanced superconductivity in atomically thin TaS2». Nature Communications (en inglés) 7 (1). ISSN 2041-1723. doi:10.1038/ncomms11043. Consultado el 29 de noviembre de 2023. 
  11. ↑ Cho, Doohee; Cheon, Sangmo; Kim, Ki-Seok; Lee, Sung-Hoon; Cho, Yong-Heum; Cheong, Sang-Wook; Yeom, Han Woong (2016). «Nanoscale manipulation of the Mott insulating state coupled to charge order in 1T-TaS2». Nature Communications 7: 10453. Bibcode:2016NatCo...710453C. PMC 4735893. PMID 26795073. arXiv:1505.00690. doi:10.1038/ncomms10453. 
  12. ↑ Liu_et_al, Guanxiong (2016). «A charge-density-wave oscillator based on an integrated tantalum disulfide–boron nitride– graphene device operating at room temperature.». Nature Nanotechnology 11 (10): 845-850. Bibcode:2016NatNa..11..845L. PMID 27376243. doi:10.1038/nnano.2016.108. 
  13. ↑ Mohammadzadeh_et_al, Amirmahdi (2021). «Evidence for a thermally driven charge-density-wave transition in 1T-TaS 2 thin-film devices: Prospects for GHz switching speed.». Appl. Phys. Lett. 118 (9): 093102. Bibcode:2021ApPhL.118i3102M. S2CID 231632205. arXiv:2101.06703. doi:10.1063/5.0044459. 

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