Цивилизация
Российские ученые смоделировали гетероструктуры уникального состава с высокой электропроводностью и стабильностью, в том числе и температурной: они способны эффективно работать и в -43, и в +93℃. Разработка на основе нитрида галлия, оксида цинка и борофена — аналога графена с атомами бора вместо углерода, найдет применение в солнечной энергетике, спутниковых системах, мониторинге окружающей среды. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Materials.
Гетероструктуры, состоящие из слоев различных двумерных пленочных полупроводников, проводящих ток электронов, используются в фотоэлементах солнечных панелей, в лазерах и светодиодах. Каждый слой в них отличается по способности проводить электрический ток. Она определяется химическим строением пленки. Долгое время наиболее популярным компонентом гетероструктур был графен, двумерная структура из атомов углерода, имеющая высокую электронную проводимость. Его аналог на основе бора, борофен, более прочный и эластичный, оказался перспективным материалом для гетероструктур.
Исследователи из Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (Саратов) смоделировали новые гетероструктуры на основе борофена, нитрида галлия и оксида цинка. При таком составе между слоями возникает особая структура, позволяющая току электронов беспрепятственно течь от борофена к нитриду галлия или оксиду цинка.
Авторы работы сравнили два варианта конфигурации полученных структур. В первом из них слой оксида цинка и нитрида галлия имел конфигурацию, напоминающую кресло, а во втором — зигзаг. Сила тока в «зигзаге» оказалась в 5 раз выше, чем в «кресле». Что еще более ценно: она не снизилась даже при экстремальных температурах от -43 до 93℃. Напряжение при этом держали на довольно низком уровне 0,8 В. Это в 7 раз меньше, чем при зарядке телефона.
Новая гетероструктура выигрывает по сравнению с уже известными, например, из атомов молибдена и селена, по силе тока — она на порядок выше в предложенных российскими учеными материалах. Помимо этого, авторы исследования показали что их гетероструктура более энергетически и термически стабильна, благодаря чему она может найти применение в различных устройствах нано- и оптоэлектроники.
Руководитель проекта Михаил Слепченков, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры радиотехники и электродинамики Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского, считает, что разработанная гетероструктура в будущем может найтиприменение в производстве высокоточных детекторов ультрафиолетового излучения. Эти приборы применяются для анализа различных веществ, обнаружения озоновых дыр, в астрономии, телекоммуникационных системах и датчиках пламени.
Ученые планируют найти способы для управления электрофизическими характеристиками предложенных гетероструктур, например, путем механических деформаций и модификаций с помощью дополнительных атомов, что еще больше расширит области их применения.