Специалисты из Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха предложили инновационный метод точной регулировки оптоэлектрических свойств однослойных углеродных нанотрубок.
Метод предполагает распыление легирующих элементов на поверхность нанотрубок в виде аэрозоля, что приводит к изменению их свойств. Достигнутые результаты существенно увеличивают потенциал использования однослойных углеродных нанотрубок в оптоэлектронике. Исследование опубликовано в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Выход на рынок гибких экранов в этом году стимулировал активную разработку новых материалов, обладающих особыми свойствами. В перспективе это откроет возможности для создания электронных устройств практически любых форм и размеров.
Гибкая и прозрачная электроника предполагает использование прозрачных проводящих пленок, изготовленных на основе однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) – перспективного материала. В отличие от традиционных негибких проводников, применяемых в промышленности (например, оксид индия, легированный оловом, или оксид цинка, легированный алюминием), ОУНТ обладают гибкостью и растяжимостью. Кроме того, они изначально характеризуются проводимостью p-типа, при которой в качестве носителей заряда выступают дырки, а не электроны).
Сложность управления электронными характеристиками является главным препятствием для широкого внедрения углеродных нанотрубок в промышленности. Это особенно важно в оптоэлектронике, где необходимо контролировать проводимость и положение уровня Ферми – ключевого параметра, определяющего состояние электронов. Углеродные нанотрубки обычно подвергаются легированию, то есть в их структуру вводят атомы другого вещества.
«В настоящее время для повышения электропроводности ОУНТ обычно применяют один из трех способов введения легирующих компонентов: прокапывание, раскрутка или погружение в раствор. Эти методы позволяют существенно уменьшить (в 15 раз) сопротивление ОУНТ пленок, полученных после синтеза, однако они характеризуются рядом ограничений, включая пространственную неоднородность и трудности с масштабированием.
Неравномерное испарение растворителя вызывает эффект «кофейных колец» на поверхности пленки. Кроме того, ни один из рассмотренных методов не обеспечивает возможности регулирования уровня Ферми в пленках из ОУНТ, как отмечает аспирант Сколтеха Алексей Цапенко.
Новый аэрозольный метод, разработанный исследователями из лаборатории профессора Альберта Насибулина в Сколтехе, позволяет осуществлять равномерное, контролируемое и легко воспроизводимое легирование оксидных ультратонких пленок. Полученные с помощью этой технологии результаты открывают перспективы для создания гибкой и прозрачной электроники, например, для замены традиционных, но негибких прозрачных проводников на основе оксидов металлов, а также для разработки новых применений, основанных на высокопроводящих прозрачных пленках.
«Наш метод позволяет удобно настраивать необходимые параметры пленок из ОУНТ. Это достигается путем изменения времени осаждения аэрозольных частиц, содержащих легирующие элементы», – поясняет Алексей. Исследователи, работавшие над проектом, подчеркивают, что разработанный подход может быть использован не только для углеродных нанотрубок, но и для точной настройки электронной структуры других материалов с низкими размерностями.