Tvorba metastabilních fází sulfidu železa pomocí pulzní Nd:YAG laserové depozice: experimentální a teoretická studie

Abstract

Vysoce polymorfní sulfid železnatý vykazuje atraktivní optické, polovodičové, magnetické a biokatalytické vlastnosti související s jeho fázovou modifikací. Nd: YAG laserová ablace sulfidu železitého (FeS) ve vakuu vede k heterogenní depozici nanostrukturovaných tenkých vrstev FeS1-x. Byly provedeny depozice na substráty Ta, Al a Cu a získané tenké vrstvy byly analyzovány za použití skenovací elektronové mikroskopie (SEM), transmisní elektronové mikroskopie (HRTEM) s vysokým rozlišením a elektronové difrakce za účelem charakterizace morfologie, chemického složení a fázové transformace indukované ablativním procesem. Kovové a prstencové částice, beztvaré aglomeráty a ploché diskontinuální plochy byly pozorovány u všech vrstev nanesených na různých substrátech. Při použití HRTEM však byly díky elektronové difrakci zjištěny různé fázové kompozice na různých substrátech. Krystalická pyritová fáze (FeS2) byla detekována na substrátu Ta. Metastabilní rhombohedrální smythit Fe9S11 a kubický pyrit FeS2 byly nalezeny na Al substrátu. Na substrátu Cu byly odhaleny krystaly pyritu FeS2, metastabilní rhombohedrální smythit Fe9S11 a metastabilní ortorombický marcasit FeS2m. Zjištěné krystalické nanozrna ve všech depozitech byly obklopeny amorfní fází. Navíc, pro získání hlubšího vhledu do elektronické struktury získaných stabilních (kubických pyritů) a méně známých nestabilních fází (orthorhombic marcasite a rhombohedral smythite) byla použita kalkulace elektronové hustoty (DFT) a byly vypočteny důležité charakteristiky, jako jsou hodnoty šířky zakázaného pásu.