Полезные дефекты

Ученые БФУ имени Иммануила Канта в рамках академической мобильности между Китаем и Россией совместно с коллегами из Цицикарского университета вырастили «дефектные» кристаллы диселенида олова, в которых было больше или меньше атомов селена, чем в стандартной структуре этого соединения. Оказалось, что такие кристаллы способны лучше проводить ток, чем исходный материал, благодаря чему они могут стать перспективной основой для создания оптоэлектронных устройств, например фотодатчиков.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

В любых электронных устройствах используются транзисторы — элементы, способные генерировать, усиливать или преобразовывать электрический ток. Например, в фотодетекторах такие компоненты нужны для того, чтобы преобразовать световые сигналы в электрические. Одним из перспективных материалов для создания высокопроизводительных транзисторов считается диселенид олова. Исследования показали, что благодаря высокой подвижности носителей заряда — электронов — кристаллы на основе этого соединения отлично проводят ток, а также преобразуют световые импульсы в электрические. Более того, моделирование показало, что электрическими, магнитными и оптическими свойствами диселенида олова потенциально можно управлять, если вносить в материал дефекты, то есть нарушать его стандартную структуру, удаляя часть атомов селена или же, наоборот, добавляя лишние. Однако на практике подобные эффекты еще не были подтверждены.

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами из Цицикарского университета (Китай) вырастили в кварцевой ампуле кристаллические соединения диселенида олова. Для этого помещенные в ампулу частицы селена и олова нагрели до 700°C, а затем постепенно охладили до комнатной температуры. Благодаря получившемуся температурному градиенту на стенки ампулы осели кристаллы «правильного» диселенида олова, а также структуры с недостатком и избытком селена в составе.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Авторы сравнили внешний вид полученных образцов и обнаружили, что недостаток и избыток селена сказывается на форме краев кристаллов. Так, если на торце «правильного» кристалла наблюдались ровные слои, из которых сложен материал, то при нехватке селена слои имели неправильную форму. Когда селен был в избытке, слои вовсе не удавалось различить: вместо них на поверхности наблюдались беспорядочно расположенные структуры, напоминающие складки.

Кроме того, «правильные» и «дефектные» кристаллы по-разному взаимодействовали с лазерным излучением. Благодаря иным спектрам поглощения «дефектные» кристаллы потенциально можно будет использовать при конструировании датчиков, спектр поглощения которых не соответствует максимумам в спектре обычного диселенида олова.

Оценка электрических свойств образцов показала, что кристаллы с дефектами имеют в 1,5–2 раза меньшую по величине запрещенную зону энергий электронов, чем «правильный» диселенид олова. Размер запрещенной зоны показывает, насколько хорошо материал может проводить ток. Так, чем меньше запрещенная зона, тем лучшим проводником будет вещество. Следовательно, проводящие свойства кристаллов с недостатком и избытком селена оказались лучше, чем у исходного соединения. Это говорит о том, что «дефектные» материалы могут показать более высокую эффективность при использовании в качестве основы для оптоэлектронных устройств.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

«Стажировка в Китае была для меня уникальной возможностью приобрести опыт работы с зарубежными учеными. Совместно с моим китайским научным руководителем и другими исследователями мы работали над получением дефектных кристаллов диселенида олова, которые могут стать многообещающими фотопроводниками»,— рассказывает Вера Ни, магистр НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ имени Иммануила Канта.

«В дальнейшем мы планируем предсказать новые возможные структуры и смоделировать их свойства для связи с экспериментом. Планируем в своей работе продолжать тесное сотрудничество с Цицикарским университетом»,— рассказывает Курбан Магомедов, научный сотрудник НОЦ «Умные материалы и биомедицинские приложения» БФУ имени Иммануила Канта.

Подготовлено при поддержке Минобрнауки
Использованы материалы статьи.