Estudio de compuestos As2X3 bajo presión

Abstract

[ES] El estudio de la materia sometida a condiciones extremas de presión y/o temperatura nos permite ampliar nuestros conocimientos sobre sus propiedades estructurales, elásticas, vibracionales, ópticas, eléctricas y magnéticas; comprender y predecir su comportamiento frente a estas condiciones; y valorar su aplicabilidad en ámbitos tan dispares como la computación cuántica, los semiconductores, la ciencia de materiales, la medicina o la farmacología. La presión es una variable termodinámica relativamente rápida y fácil de modificar que nos permite avanzar en la comprensión del comportamiento de la materia en función de las múltiples propiedades que la definen. Cuando las propiedades de un material no estable en condiciones ambientales mejoran bajo presión, y se prevé que su utilización pueda desarrollar aplicaciones novedosas o mejorar las ya existentes, se puede estudiar la posibilidad de sintetizar este nuevo material a presión ambiente aprovechándonos de las barreras cinéticas entre las transiciones de fase. El desarrollo tecnológico de las técnicas de caracterización de las propiedades de los materiales, así como de los modelos teóricos que permiten realizar cálculos ab initio, junto con la aplicación de altas presiones, han facilitado la consecución de los objetivos de análisis y comprensión de las propiedades estructurales, mecánicas, electrónicas y vibracionales de los compuestos de tipo As2X3 (sesquióxidos y sesquicalcogenuros de arsénico) de esta tesis doctoral. Con este fin se recoge en la presente tesis el compendio de los trabajos realizados en varios compuestos de tipo As2X3, en concreto los compuestos estudiados han sido la arsenolita pura (As4O6), el compuesto resultante al medir la arsenolita con He como medio transmisor de presión (MTP) a altas presiones (As4O6.2He), el oropimente (alfa-As2S3) y el telururo de arsénico (alfa-As2Te3). El análisis y la comprensión de las propiedades de estos compuestos ha supuesto un avance en el estudio de los sesquióxidos y sesquicalcogenuros del grupo 15, y allana el camino para diseñar nuevos sesquicalcogenuros del grupo 15 y compuestos relacionados con propiedades termoeléctricas o aislantes topológicas, tanto a presión ambiente como en condiciones extremas.

[CA] L'estudi de la matèria sotmesa a condicions extremes de pressió i/o temperatura ens permet ampliar els nostres coneiximents sobre les seus propietats estructurals, elàstiques, vibracionals, òptiques, eléctriques i magnétiques; comprendre i predir el seu comportament front a aquestes condicions; i valorar la seua aplicabilitat en àmbits tan dispars com la computació cuántica, els semiconductors, la ciència de materials, la medicina o la farmacologia. La pressió és una variable termodinàmica relativament ràpida i fàcil de modificar que ens permet avançar en la comprensió del comportament de la matèria en funció de les múltiples propietats que la defineixen. Quan les propietats d'un material no estable en condicions ambientals milloren sota pressió, i es preveu que la seua utilització puga desenvolupar aplicacions novedoses o millorar les ja existents, es pot estudiar la posibilitat de sintetitzar aquest nou material a pressió ambient aprofitant-nos de les barreres cinètiques entre les transicions de fase. El desenvolupament tecnològic de les técniques de caracterització de les propietats dels materials, així com dels models teòrics que permeten realitzar càlculs ab initio, junt amb l'aplicació d'altes pressions, han facilitat la consecució dels objectius d'análisi i comprensió de les propietats estructurals, mecàniques, electròniques i vibracionals dels compostos de tipus As2X3 (sesquiòxids i sesquicalcogenurs de arsenic) d'aquesta tesi doctoral. Amb aquest fi s'arreplega en la present tesi un compendi dels treballs realitzats a varios compostos de tipus As2X3, en concret els compostos estudiats han segut l'arsenolita pura (As4O6), el compost resultant de mesurar l'arsenolita amb He com a mitjà transmisor de pressió (MTP) a altes pressions (As4O6.2He), l'oropiment (alfa-As2S3) i el telurur d'arsenic (alfa-As2Te3). L'anàlisi i la comprensió de les propietats d'aquestos compostos ha suposat un avanç a l'estudi dels sesquiòxids i sesquicalcogenurs del grup 15, i aplana el camí per a disenyar nous sesquicalcogenurs del grup 15 i compostos relacionats amb propietats termoelèctriques o de aillants topològics, tant a pressió ambient com en condicions extremes.

[EN] The study of matter under extreme conditions of pressure and/or temperature allows us to extend our knowledge about their structural, mechanical, vibrational, electrical, optical and magnetic properties; understand and predict their behaviour under these extreme conditions; and validate their possible application in several fields such as quantum computing, semiconductors, material science or pharmacology. Pressure is a thermodynamic variable easy to modify which allows us to advance in the comprehension of the behaviour of the multiple properties of the matter. When the properties of a material unstable at ambient conditions show a significant progress, this material can be postulated as a possible candidate to develop novel properties or improve those already existing; then, the synthesis of this metastable compound can be studied by the application of pressure and temperature and taking advantage of the kinetic barriers that stabilize high pressure phases. The technical development suffered by the characterization techniques, which are used to analyse the properties of materials, together with the theoretical models that allows to perform ab initio calculations, have facilitated to reach the objective of the analysis and understanding of the structural, mechanical, electronic and vibrational properties of the compounds belonging to the As2X3 family (arsenic sesquioxides and sesquichalcogenides) studied in this PhD thesis. To this aim, the present PhD thesis collects a compendium of the works done about several As2X3 compounds. In particular, the compounds studied here have been: pure arsenolite (As4O6), the resulting material from expose the arsenolite with helium as pressure transmitting medium at extreme conditions of pressure (As4O6.2He), orpiment (alpha-As2S3) and arsenic telluride (alpha-As2Te3). The analysis and comprehension of the properties of these compounds have provided a significant advance in the study of sesquioxides and sesquichalcogenides belonging to the group 15, and pave the way to design new sesquichalcogenides of the same group and related compounds with thermoelectric or topological insulating properties, at ambient or under extreme conditions.