セレン化ガリウム(II)

セレン化ガリウム(II) ( GaSe )は化学化合物です。GaS と同様の六方晶層構造を持っています。^{[ 1 ]}光伝導体であり、^{[ 2 ]}非線形光学における第二高調波発生結晶であり、 [ ^{3 ] 14}～31 THz 以上の遠赤外線変換材料として使用されています。 ^{[ 4 ] [ 5 ]}

光学用途の可能性を秘めていると言われているが^{[ 6 ]}、この可能性の活用は、単結晶を容易に成長させる能力によって制限されてきた^{[ 7 ]} 。セレン化ガリウム結晶は、非線形光学材料および光伝導体として大きな可能性を示している。非線形光学材料は、レーザー光の周波数変換に使用される。周波数変換とは、通常はレーザー光である単色光源の波長を、従来のレーザー光源からは生成できないより高い波長またはより低い波長の光にシフトすることである。

非線形光学材料を用いた周波数変換にはいくつかの方法が存在する。第二高調波発生は、赤外線二酸化炭素レーザーの周波数を2倍にする。光パラメトリック発生では、光の波長が2倍になる。近赤外線固体レーザーは通常、光パラメトリック発生に使用される。^{[ 8 ]}

光学分野でセレン化ガリウムを使用する際の当初の問題の一つは、劈開線に沿って容易に割れてしまうため、実用化のために切断するのが難しいことでした。しかし、結晶にインジウムを添加すると、構造強度が大幅に向上し、実用化がはるかに容易になることがわかっています。^{[ 7 ]}ただし、セレン化ガリウム結晶が光学分野でより広く使用されるようになるには、結晶成長に関する困難を克服する必要があります。

単層のセレン化ガリウムは動的に安定な二次元半導体であり、価電子帯は逆メキシカンハット形状をしており、正孔ドーピングが増加するとリフシッツ転移が生じる。^{[ 9 ]}

ガリウムセレン化物の電子デバイスへの統合は、その空気感受性によって妨げられてきた。GaSe単層および数層をカプセル化するためのいくつかの手法が開発され、化学的安定性と電子移動度の向上につながっている。^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

GaSeナノ粒子の合成は、トリオクチルホスフィン（TOP）とトリオクチルホスフィンオキシド（TOPO）の高温溶液中で、GaMe ₃とトリオクチルホスフィンセレン（TOPSe）を反応させることによって行われる。^{[ 13 ]}

GaMe ₃ + P[(CH ₂ ) ₇ CH ₃ ] ₃ Se → GaSe

15 gのTOPOと5 mLのTOPの溶液を 窒素雰囲気下で一晩150 °Cに加熱し、元のTOP溶液中に存在する可能性のある水分を除去します。この最初のTOP溶液を0.75 torrで真空蒸留し、204  °Cから235  °Cの留分を取ります。次にTOPSe溶液（12.5 mLのTOPに1.579 gのTOPSe）を加え、TOPO/TOP/TOPSe反応混合物を278  °Cに加熱します。次に、7.5 mLの蒸留TOPに溶解したGaMe ₃（0.8 mL）を注入します。注入後、温度は254  °Cまで低下し、10分後に266～268 °Cの範囲で安定します 。その後、GaSeナノ粒子が形成され始め、400～450 nmの範囲の光吸収スペクトルの肩として検出できます 。この肩が観察された後、反応混合物はそれ以上の反応を防ぐために室温まで冷却される。合成と冷却の後、反応容器が開けられ、メタノールの添加によって GaSe ナノ粒子溶液の抽出が行われる。ナノ粒子の極性 (メタノール) 相と非極性 (TOP) 相間の分配は、実験条件に依存する。混合物が非常に乾燥している場合、ナノ粒子はメタノール相に分配される。しかし、ナノ粒子が空気または水にさらされると、粒子は電荷を失い、非極性の TOP 相に分配される。^{[ 13 ]}

• 太陽エネルギー変換に用いられるセレン化ガリウムナノ粒子（サイエンスデイリー）。