Российские, китайские и американские ученые представили инновационный способ создания кристаллических нанопроводов для применения в ультрамасштабируемой электронике. Эти нити, имеющие толщину порядка ста нанометров и длину до миллиметра, могут служить основой для фотодетекторов, солнечных батарей и гибких дисплеев.
«Университет МИСИС, являясь авторитетным лидером в области материаловедения в России и за рубежом, ставит перед собой задачу создания материалов с заданными характеристиками, отвечающими требованиям практического использования в промышленности. Исследователи университета, работающие под руководством профессора Павла Сорокина, признанного одним из ведущих материаловедов мира согласно рейтингу Research.com, уже не первый год изучают наноструктуры и разрабатывают нанотехнологии. Предложенный международной группой ученых инновационный метод синтеза кристаллических нанопроводов найдет применение в производстве новых типов датчиков, носимой электроники, гибких экранов и других изделий Алевтина Черникова.
Нанопровода – это уникальный вид кристаллических материалов, характеризующийся ультратонкой структурой в форме нитей. Системы с одномерной наноструктурой, где атомы связаны прочными ковалентными связями, демонстрируют наибольшую устойчивость в агрессивных условиях. Однако, несмотря на перспективность, использование одномерных нанопроводов затруднено из-за сложностей, возникающих при их создании. Ранее подобные структуры извлекались вручную из крупных кристаллов. Такой подход не отличается высокой эффективностью и не позволяет получать длинные и однородные образцы. К тому же, часто провода ломались при интеграции в устройство вследствие их хрупкости.
Новый метод синтеза кристаллических нанопроводов, состоящих из тантала, никеля и селена, был разработан учеными из НИТУ МИСИС, Тулейнского университета и Сучжоуского университета науки и техники. В отличие от общепринятой практики, когда исходные порошки размещаются в одной точке ампулы, новая методика предполагает их равномерное распределение по всей внутренней поверхности с использованием электростатической зарядки. Последующий нагрев ампулы приводит к формированию на ее стенках тончайших кристаллических нитей, достигающих длины в несколько миллиметров и толщиной от 100 до 400 нанометров.
«Наблюдение за состоянием нитей за пределами ампулы и при комнатной температуре продолжалось в течение месяца. В отличие от большинства наноматериалов, которые подвержены влиянию окисления, влаги и ультрафиолетового излучения, структура полученных проводов не претерпела изменений. При этом их можно механически разделять на более тонкие нити толщиной до 7 нм, что открывает возможности для создания ультратонких сенсоров и других микроустройств. Квантово-химические расчёты продемонстрировали возможность получения отдельных стабильных нанопроводов, а также подтвердили их полупроводниковые свойства», — пояснил Константин Ларионов, научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.
При контакте с никелем на поверхности провода образуются устойчивые и равномерные контакты Шоттки. Эти контакты необходимы для функционирования фотодетекторов, солнечных элементов и других устройств, требующих чувствительности к электрическому полю. Детальные результаты исследования были опубликованы в научном журнале Scientific Reports (Q1).
«Новая технология позволяет в будущем создавать электронные схемы на одном нанопроводе, что открывает возможности для молекулярной электроники, где миллиметровая нить может служить базой для различных устройств», — заключил Павел Сорокин, доктор физико-математических наук и руководитель лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.