Monocalcogenuros de samario

Los monocalcogenuros de samario son compuestos químicos con la composición SmX, donde Sm representa el elemento lantánido samario y X denota cualquiera de los tres elementos calcógenos , azufre , selenio o telurio , dando como resultado los compuestos SmS , SmSe o SmTe . En estos compuestos, el samario presenta formalmente un estado de oxidación de +2, mientras que generalmente asume el estado de +3, dando como resultado calcogenuros con la fórmula química _{Sm₂X₃ .}

Los monocristales o policristales de monocalcogenuros de samario se pueden obtener haciendo reaccionar el metal con vapores de azufre, selenio o telurio a alta temperatura. ^{[ 1 ]} Las películas delgadas se pueden obtener mediante pulverización catódica con magnetrón ^{[ 2 ]} o deposición física de vapor por haz de electrones , es decir, bombardeando un blanco de metal de samario con electrones en una atmósfera de gas apropiada (por ejemplo, disulfuro de hidrógeno para SmS). ^{[ 3 ]}

Los monocalcogenuros de samario son sólidos semiconductores negros con estructura cristalina cúbica tipo sal de roca . La aplicación de una presión hidrostática moderada los convierte en metales. Mientras que la transición es continua y ocurre a unos 45 y 60 kbar en SmSe y SmTe, respectivamente, es abrupta en SmS y requiere solo 6,5 kbar. Se observa un efecto similar en los monocalcogenuros de otro lantánido, el tulio . ^{[ 4 ]} Esto resulta en un cambio de color espectacular de negro a amarillo dorado al rayar o pulir mecánicamente el SmS. ^{[ 3 ] [ 5 ]} La transición no cambia la estructura cristalina, pero hay una disminución brusca (alrededor del 15%) ^{[ 6 ]} en el volumen del cristal. Se observa una histéresis , es decir, cuando se libera la presión, el SmS vuelve al estado semiconductor a una presión mucho menor de aproximadamente 0,5 kbar. ^{[ 1 ]}

No solo el color y la conductividad eléctrica, sino también otras propiedades cambian en los monocalcogenuros de samario al aumentar la presión. Su comportamiento metálico resulta de la disminución de la banda prohibida , que a presión cero asciende a 0,15, 0,45 y 0,65 eV en SmS, SmSe y SmTe, respectivamente. ^{[ 1 ] [ 4 ]} A la presión de transición (6,5 kbar en SmS), la banda prohibida aún es finita y la baja resistividad se origina por la generación de portadores activada térmicamente a través de una banda prohibida estrecha. La banda prohibida colapsa a unos 20 kbar cuando el SmS se convierte en un verdadero metal. A esta presión, el material también cambia de un estado paramagnético a uno magnético. ^{[ 6 ]}

La transición semiconductor-metal en los monocalcogenuros de samario requiere la aplicación de presión o la presencia de tensión intrínseca, por ejemplo en películas delgadas, y los cambios inversos ocurren al liberarse dicha tensión. Esta liberación puede desencadenarse por diversos medios, como el calentamiento a unos 200 °C ^{[ 3 ]} o la irradiación con un haz láser pulsado de alta intensidad. ^{[ 2 ] [ 7 ]}

El cambio en la resistividad eléctrica de los monocalcogenuros de samario puede utilizarse en un sensor de presión o en un dispositivo de memoria que alterna entre un estado de baja y alta resistencia mediante presión externa, ^{[ 8 ]} y dichos dispositivos se están desarrollando comercialmente. ^{[ 9 ]} El monosulfuro de samario también genera voltaje eléctrico al calentarse moderadamente hasta aproximadamente 150 °C, lo que puede aplicarse en convertidores de potencia termoeléctrica . ^{[ 10 ]}