Structural, vibrational and electronic properties of alpha&apos

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Structural, vibrational and electronic properties of alpha&apos

[EN] We report a joint experimental and theoretical study of the low-pressure phase of ¿¿-Ga2S3 under compression. Theoretical ab initio calculations have been compared to X-ray diffraction and Raman scattering measurements under high pressure carried out up to 17.5 and 16.1 GPa, respectively. In ad...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
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Tipo de recurso:	artículo
Fecha de publicación:	2021
País:	España
Institución:	Universitat Politècnica de València (UPV)
Repositorio:	RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
Idioma:	inglés
OAI Identifier:	oai:riunet.upv.es:10251/182146
Acceso en línea:	https://riunet.upv.es/handle/10251/182146
Access Level:	acceso abierto
Palabra clave:	Ga2S3 High pressure Structural properties Vibrational properties Electronic properties Raman scattering X-ray diffraction FISICA APLICADA

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description	[EN] We report a joint experimental and theoretical study of the low-pressure phase of ¿¿-Ga2S3 under compression. Theoretical ab initio calculations have been compared to X-ray diffraction and Raman scattering measurements under high pressure carried out up to 17.5 and 16.1 GPa, respectively. In addition, we report Raman scattering measurements of ¿¿-Ga2S3 at high temperature that have allowed us to study its anharmonic properties. To understand better the compression of this compound, we have evaluated the topological properties of the electron density, the electron localization function, and the electronic properties as a function of pressure. As a result, we shed light on the role of the Ga¿S bonds, the van der Waals interactions inside the channels of the crystalline structure, and the single and double lone electron pairs of the sulphur atoms in the anisotropic compression of ¿¿-Ga2S3. We found that the structural channels are responsible for the anisotropic properties of ¿¿-Ga2S3 and the A¿(6) phonon, known as the breathing mode and associated with these channels, exhibits the highest anharmonic behaviour. Finally, we report calculations of the electronic band structure of ¿¿-Ga2S3 at different pressures and find a nonlinear pressure behaviour of the direct band gap and a pressure-induced direct-to-indirect band gap crossover that is similar to the behaviour previously reported in other ordered-vacancy compounds, including ß-Ga2Se3. The importance of the single and, more specially, the double lone electron pairs of sulphur in the pressure dependence of the topmost valence band of ¿¿-Ga2S3 is stressed.
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In addition, we report Raman scattering measurements of ¿¿-Ga2S3 at high temperature that have allowed us to study its anharmonic properties. To understand better the compression of this compound, we have evaluated the topological properties of the electron density, the electron localization function, and the electronic properties as a function of pressure. As a result, we shed light on the role of the Ga¿S bonds, the van der Waals interactions inside the channels of the crystalline structure, and the single and double lone electron pairs of the sulphur atoms in the anisotropic compression of ¿¿-Ga2S3. We found that the structural channels are responsible for the anisotropic properties of ¿¿-Ga2S3 and the A¿(6) phonon, known as the breathing mode and associated with these channels, exhibits the highest anharmonic behaviour. Finally, we report calculations of the electronic band structure of ¿¿-Ga2S3 at different pressures and find a nonlinear pressure behaviour of the direct band gap and a pressure-induced direct-to-indirect band gap crossover that is similar to the behaviour previously reported in other ordered-vacancy compounds, including ß-Ga2Se3. The importance of the single and, more specially, the double lone electron pairs of sulphur in the pressure dependence of the topmost valence band of ¿¿-Ga2S3 is stressed.The authors thank the financial support from the Spanish Research Agency (AEI) under projects MALTA Consolider Team network (RED2018-102612-T) and projects MAT2016-75586-C4-2/3-P, FIS2017-83295-P, PID2019-106383GB-42/43, and PGC2018-097520-A-100, as well as from Generalitat Valenciana under Project PROMETEO/2018/123 (EFIMAT). A. M. and P. R.-H. acknowledge computing time provided by Red Espanola de Supercomputacion (RES) and MALTA-Cluster and E. L. D. S. acknowledges Marie Sklodowska-Curie Grant No. 785789-COMEX from the European Union's Horizon 2020 research and innovation program. J. A. S. also wants to thank the Ramon y Cajal fellowship (RYC-2015-17482) for financial support. We also thank the ALBA synchrotron light source for funded experiment 2017022088 at the MSPD-BL04 beamline.The Royal Society of ChemistryDepartamento de Física AplicadaEscuela Técnica Superior de Ingeniería Aeroespacial y Diseño IndustrialInstituto de Diseño para la Fabricación y Producción AutomatizadaEscuela Politécnica Superior de AlcoyCentro de Tecnologías Físicas: Acústica, Materiales y AstrofísicaGeneralitat ValencianaALBA Synchrotron Light SourceAGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACIONMinisterio de Economía y EmpresaAgencia Estatal de InvestigaciónCOMISION DE LAS COMUNIDADES EUROPEAMinisterio de Economía y CompetitividadRepositorio Institucional de la Universitat Politècnica de València Riunet20212021-03-21journal articlehttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/articleapplication/pdfapplication/pdfhttps://riunet.upv.es/handle/10251/182146reponame:RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valénciainstname:Universitat Politècnica de València (UPV)InglésengAgencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016 FIS2017-83295-P EN BUSCA DE LA REACCION DEL HELIO EN CONDICIONES EXTREMASGeneralitat Valenciana https://doi.org/10.13039/501100003359 GVPROMETEO2018-123 Materiales avanzados para el uso eficiente de la energia (EFIMAT)Agencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020 PGC2018-097520-A-I00 ESTABILIDAD ESTRUCTURAL Y REACTIVIDAD DE DIOXIDO DE CARBONO Y CARBONATOS A ALTAS PRESIONES Y ALTAS TEMPERATURASALBA Synchrotron Light Source ALBA Synchrotron Light Source ID 2017022088 HIGH-PRESSURE X-RAY POWDER DIFFRACTION STUDY OF Ga2S3 AND In2S3 PHASESAgencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020 PID2019-106383GB-C42 SESQUIOXIDOS Y COMPUESTOS METAVALENTES BAJO CONDICIONES EXTREMASAgencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 PGC2018-097520-A-I00 ESTABILIDAD ESTRUCTURAL Y REACTIVIDAD DE DIOXIDO DE CARBONO Y CARBONATOS A ALTAS PRESIONES Y ALTAS TEMPERATURASAgencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2017-2020 PID2019-106383GB-C43 SIMULACIONES AB INITIO DE MATERIALES AVANZADOS BAJO CONDICIONES EXTREMASAgencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 MAT2016-75586-C4-2-P COMPUESTOS ABO3 Y A2X3 EN CONDICIONES EXTREMAS DE PRESION Y TEMPERATURAEuropean Commission https://doi.org/10.13039/501100000780 H2020 785789Agencia Estatal de Investigación http://dx.doi.org/10.13039/501100011033 RED2018-102612-T MALTA- CONSOLIDER TEAMMinisterio de Economía y Competitividad http://dx.doi.org/10.13039/501100003329 RYC-2015-17482 RYC-2015-17482open accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Reserva de todos los derechoshttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:riunet.upv.es:10251/1821462026-06-13T07:49:27Z
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