Confinamiento del pentóxido de vanadio V2O5 y la influencia del tamaño en sus propiedades ópticas

Abstract

El pentóxido de vanadio V2O5 es un semiconductor que podría fundamentar aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos, fotovoltaicos, memorias RRAMs o PCM de consumo optimizados un comportamiento no-ohmico relacionado con la presencia de vacancias de oxígeno y exhibir un gap óptico de 2.3 eV estas propiedades pueden variar con estímulos eléctricos u ópticos, modificando los parámetros de la síntesis o con el tamaño de las estructuras de V2O5. Así, estudiar cómo el confinar o miniaturizar el tamaño de partículas de V2O5 modifica su gap de energía óptico favorecería el posible desarrollo de aplicaciones afines y la comprensión de los anteriores efectos del V2O5. En este trabajo son sintetizadas por el método de sol-gel por ruta no acuosa seis muestras de V2O5 diferenciadas por las temperaturas de calcinación empleadas desde 400 hasta 500 °C. Mediante difracción de rayos X y espectroscopia Raman solo se encuentran picos del V2O5 en los rangos de medición para las seis muestras. Esto sugiere la existencia de una fase alpha-V2O5 pura en dichas muestras. También con ambas técnicas se encuentra un comportamiento no-monótono en función de Tcal de las seis muestras que da cuenta de una correlación entre los parámetros de red a, b, c, el volumen de la celda unitaria ortorrómbica Vcel, c/a y c/b, la posición de los picos Raman, las intensidades de estos picos normalizadas con el pico Raman máximo (Bg de 142 cm^-1) y el gap óptico Eg directo medido con espectroscopia ultravioleta-visible. En esta correlación estas cantidades alcanzan su valor máximo hacia la muestra de Tcal = 438 °C intermedia con excepción de Eg que presenta un mínimo local para esta Tcal de 438 °C. A su vez, este Eg directo varía de 2.23 hacia 1.22 Estos análisis en concordancia con [1] apuntan hacia que este comportamiento de Eg(Tcal) se debe a la existencia de vacancias de oxígeno en determinados porcentajes en el V2O5 y a variaciones estructurales entre muestras como las evidenciadas anteriormente.

Vanadium pentoxide V2O5 is a semiconductor that could support applications in optoelectronic, photovoltaic RRAMs or PCMs memories with optimized a non-ohmic behavior related to the presence of oxygen vacancies, and exhibiting an optical band gap of 2.3 eV these properties can be varied with electrical or optical bias, modifying the synthesis parameters or with the size of the structures of V2O5. Thus, studying how confining or miniaturizing the particle size of V2O5 modifies its optical band gap would favor the possible development of related applications and the understanding of the above V2O5 effects. In this work using a non-aqueous sol-gel process six samples of V2O5 are synthesized with different calcination temperatures Tcal from 400 to 500 °C. Utilizing X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy only V2O5 peaks are found in the measured ranges for all six samples. This suggests the existence of a pure single phase alpha- V2O5 in these samples. Using both techniques it is found a non-monotonic behavior as a function of Tcal of the six samples that accounts for a correlation between lattice parameters a, b, c, the orthorhombic unit cell volume Vcel, c/a and c/b, the position of the Raman peaks, the intensities of these peaks normalized to the maximum Raman peak (Bg of 142 cm^-1) and the direct optical gap Eg measured with Ultraviolet-Visible Spectroscopy. In this correlation these quantities reach their maximum value toward the sample of intermediate Tcal = 438 °C with the exception of Eg which presents a local minimum for this Tcal of 438 °C. In turn, this direct Eg varies from 2.23 toward 1.22eV In agreement with [1] these analyses point towards this behavior of Eg(Tcal) being due to the existence of certain oxygen vacancies percentages in V2O5 and structural variations between samples as evidenced above.