Ученые международной группы разработали экономически целесообразный и действенный метод синтеза материала, который традиционно сложно получить. Для создания ультратонкой кристаллической пленки с уникальными характеристиками химики использовали доступные олово и серу, подвергнув их нагреву при определенных условиях.
Моносульфид олова (SnS) и дисульфид олова (SnS2) демонстрируют значительный потенциал для применения в спин-долинной электронике. Эти материалы, в отличие от традиционных полупроводниковых металлов, которые используют только заряд электрона, способны пропускать поляризованный ток, содержащий дополнительную информацию, закодированную в квантовых характеристиках электронов. Это, в частности, спин электрона, то есть внутренний момент импульса, и долина — энергетическая зона внутри кристалла.
Использование такого потенциала могло бы способствовать разработке компактных и безопасных устройств для оперативной обработки больших объемов информации, включая имплантируемые, а также фотодетекторов. Например, спинтроника, технология, основанная на использовании спина частицы, уже находит практическое применение для повышения емкости жестких дисков.
Кроме того, моносульфид олова обладает рядом уникальных свойств, таких как сегнетоэлектричество и напряжение сдвига, или определенная сумма сил, которые вызывают деформацию материала в плоскости, параллельной направлению напряжения. Использовать эти преимущества непросто, поскольку исходные вещества могут «вести себя» непредсказуемо.
Японские и британские ученые создали монослой сульфида олова значительного размера, используя порошки серы и олова и избежав применения сложного и дорогостоящего оборудования. Для управления процессом нагрев компонентов осуществлялся по определенной схеме, а кристаллы выращивались на кремниевых подложках. Концентрацию паров корректировали, изменяя расстояние между источником серы и олова.
Согласно компьютерному моделированию, моносульфид олова характеризуется низким содержанием серы, в то время как дисульфид – высоким. Полученные результаты согласуются с результатами экспериментальных исследований. В ходе испарения внешних слоев, вещество переходило из твердого состояния в газообразное, формируя тонкую пленку толщиной до нескольких десятков микрометров. Термодинамические расчеты продемонстрировали возможность воспроизводимости роста кристаллов, что означает, что при повторении процесса выращивания в идентичных условиях можно получать кристаллы с сопоставимыми характеристиками.
Благодаря контролируемой сублимации объемных кристаллов моносульфида олова, ученым удалось получить данный материал – процесс, при котором твердое вещество напрямую превращается в пар под воздействием тепла, минуя стадию плавления. Селективное управление реакцией позволило исследователям добиться получения необходимого продукта в заданном количестве. Разработанная ими технология открывает перспективы для создания усовершенствованных и более эффективных электронных устройств, использующих высококачественный сульфид олова.
Научная работа опубликована в журнале Nano Letters.