Structure and Stability of GaS Fullerenes and Nanotubes

Abstract

Recently, polyhedral; octahedral fullerene‐like structures and cylindrical nanotubes of gallium sulfide have been produced in far from equilibrium conditions using a high power solar synthesis and Pb as growth promoter. Their exact atomistic structure and their formation path remain unknown. Here, the models of fullerenes and nanotubes are designed for both stable β‐ and metastable γ‐polymorphs of GaS. Their stability and electronic properties were investigated as a function of both the morphology and size using density‐functional tight‐binding method. The results manifest that, construction principles for GaS fullerenes are different from those for “classical” dichalcogenide fullerenes. In contrast to the bulk, the kinetic stability of fullerene‐like structures of the γ‐GaS phase is found to be larger, than that for β‐GaS which is ascribed to a sterical specificity of intersected γ‐GaS layers. We predict that, the γ‐GaS phase should arise at least as an intermediate state during the synthesis of polyhedral GaS nanoparticles. Notwithstanding the polymorphic type, the size and the morphology of GaS nanostructures, they are all semiconductors. Finally, the possible composition and electronic properties of Pb||GaS interface within the Pb@GaS nanoparticles are discussed.

Vapor–Liquid–Solid Growth and Optoelectronics of Gallium Sulfide van der Waals Nanowires

“…Of fundamental interest is the appearance of an electron–hole liquid condensate state at elevated temperature T = 130 K in bulk GaS . Similar to MoS 2 , , SnS 2, and WS 2 , GaS sheets roll easily to form nanotubes. , Other 1D nanostructures of GaS, such as nanohorns and nanobelts, have been demonstrated. While the nanobelts clearly show a ribbon-like stacking of GaS sheets with c -axis perpendicular to the axis of the 1D nanostructure, reported nanowires have so far not been sufficiently characterized for an unambiguous assignment of the crystal polymorph ( e .…”

Неэмпирические Расчеты Структуры И Устойчивости Нанотрубок На Основе Монохалькогенидов Галлия

“…Максимум энергии состояний валентной зоны находится в точке Ŵ (как и в объемном кристалле), а минимум энергии состояний зоны проводимости, по-видимому, находится на направлении ŴK примерно в точке с координатами (0.1, 0.1, 0), хотя очень близкое по энергии состояние имеется и на направлении ŴM в точке с примерными координатами (0.1, 0, 0). Полученные нами результаты хорошо согласуются с результатами ранее опубликованных расчетов [14][15][16] зонной структуры монослоев. Ширины непрямых запрещенных зон монослоев составляют 3.30 (GaS) и 3.12 (GaSe) eV, что заметно больше соответствующих величин для объемных кристаллов.…”

“…Ширины непрямых запрещенных зон монослоев составляют 3.30 (GaS) и 3.12 (GaSe) eV, что заметно больше соответствующих величин для объемных кристаллов. Этот эффект связан с так называемым " квантовым ограничением" (quantum confinement [16]…”

“…Среди них следует упомянуть квантовохимические расчеты, выполненные Enyashin, Seifert, и Tenne с соавт. в рамках полуэмпирического метода DFTB (Density-Functional Tight-Binding method) [16][17][18], основанного на теории функционала плотности (DFT). Неэмпирические расчеты нанотрубок GaS отсутствуют, а для GaSe имеется лишь один расчет [19], выполненный в рамках приближения локальной плотности (LDA).…”

“…3 и 4). Подобные деформации предшествуют полной потере целостности трубки с последующим разрушением других связей[16].…”