Ученые Ниту «Мисис» Первыми В Мире Изучили Новый Одномерный Полупроводниковый Материал

С помощью метода микромеханического расщепления, с помощью которого был открыт графен, впервые в мире получен новый одномерный полупроводниковый материал из синтетического материала Ta-Pd(Pt)-Se. Его использование в микроэлектронике позволит уменьшить электронные схемы до наноразмеров и повысить скорость работы устройств.

Теоретическая часть исследования выполнена учеными лаборатории неорганических наноматериалов.

инфраструктура «Теоретическое материаловедение наноструктур» НИТУ «МИСиС» под руководством доктора физико-математических наук Павел Сорокин .

Экспериментальную часть работы провели американские коллеги из Тулейнского университета под руководством профессора Цзян Вэя.

Результаты уникального исследования опубликованы в журнале Нано-буквы .

Задача создания одномерного полупроводника стоит перед учеными уже довольно давно.

Создание такого материала, основной областью применения которого является опто- и микроэлектроника, позволило бы повысить производительность и снизить энергопотребление устройств.

Уменьшение размера материалов часто позволяет добиться выдающихся электронных, оптических, механических, химических и биологических свойств за счет размерных и поверхностных эффектов.

Интенсивные исследования в этом направлении начались в 1991 году, когда была выявлена гексагональная структура углеродных нанотрубок, что позволило говорить о новом классе одномерных наноматериалов с перспективами использования в наноэлектронике.

После получения графена в 2004 году предпринимались попытки разрезать его на одномерный полупроводниковый наноматериал, однако чувствительность проводящих свойств полученных лент к ширине и структуре краев пока не позволяет говорить об их перспективности в электроника.

Попытки получить ленты из двумерных полупроводников — дихалькогенидов переходных металлов — также не увенчались успехом, поскольку они состоят из химически связанных трех атомных слоев, качественно разрезать которые на ленты оказалось очень сложно.

Поскольку получить одномерные полупроводники традиционным методом – раскроем двумерных материалов – не удалось, научная коллаборация групп исследователей НИТУ «МИСиС» и Тулейнского университета подошла к проблеме с принципиально иной стороны.

Было решено искать кристалл, состоящий из слабосвязанных одномерных наноструктур (как в случае с графитом, состоящим из листов графена), чтобы применить к нему тот же метод микромеханического расщепления (метод «клейкой ленты»).

Та стала таким материалом₂ Пт₃ Се₈ (тантал-платина-селен) и Та₂ ПД₃ Се₈ (тантал-палладий-селен), синтезированные более 30 лет назад, но до сих пор не получившие широкого применения.

У него очень интересная структура: его можно представить как слабосвязанные между собой ленты нанометровой ширины.

По словам руководителя научной группы Павла Сорокина ,

«Уникальность нашей работы заключается в ее новизне – мы показали, что для получения желаемого результата нужно посмотреть на проблему под другим углом: не пытаться разрезать уже существующий материал, а оглянуться назад и найти другой, который имеет подходящую атомную структуру.
Наноструктуры состава Ta-Pd-Se и Ta-Pt-Se идеально подошли для решения нашей задачи, в которой, я уверен, мы обнаружим еще много интересных свойств».

Нанопроволока Ta-Pd-Se диаметром 2,1 нм – экспериментальное изображение и теоретическая модель.
В кадре выделена основа структуры — отдельная Та-нанолента.
₂ ПД₃ Се₈

Эксперименты с кристаллами Ta-Pd(Pt)-Se провела американская группа учёных.
В НИТУ «МИСиС» теоретическая работа велась параллельно.
Результаты экспериментов, включая данные просвечивающей электронной микроскопии, находились в превосходном согласии с теоретическими результатами.
Расщепление Ta-Pd(Pt)-Se позволило получить нанопроволоки, состоящие из нескольких нанолент, имеющих прямую запрещенную зону около 1 электронвольт (эВ).

На основе полученных наноструктур исследователи создали транзистор, в котором экспериментально измеренная подвижность носителей заряда составила 80 см-1.² Б^-1 с^-1 Как отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова ,

«Руководитель проекта «Теоретическое материаловедение наноструктур» лаборатории «Неорганические наноматериалы», доктор физико-математических наук Павел Сорокин – победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ «МИСиС» и один из самых перспективных молодых ученых наш университет. За научные достижения он был удостоен премии Scopus Russia 2015 в номинации «Молодой учёный».

Теги: #Научно-популярные #физика #НИТУ «МИСиС» #графен