Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов

Развитие цифровой экономики, роботизации, квантовой криптографии требует от электроники увеличения скорости, энергоэффективности, безопасности передачи данных. Сейчас во всем мире идет «гонка» за материалами для электроники с улучшенными или уникальными физико-химическими характеристиками. Одной из быстроразвивающихся тематик современного материаловедения стала разработка двумерных пленок и материалов на их основе.

«На сегодняшний день двумерные и слоистые материалы стали основной платформой для разработки оптических устройств следующего поколения благодаря их гигантскому показателю преломления, анизотропии и экситонным свойствам. Однако эти материалы сложно масштабировать и делать технологические процессы из-за их ван-дер-ваальсовых связей, в отличие от традиционных кристаллов, таких как кремний и оксид титана, где все связи ковалентные. Нам удалось найти InGaS3, который имеет только ковалентные связи, но при этом демонстрирует все свойства, присущие двумерным и слоистым материалам», — говорит Георгий Ермолаев, научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.

Ученые провели экспериментальные и теоретические испытания нового материала и описали структурные, колебательные, электронные и оптические свойства полученных образцов. 

«В данной работе при помощи компьютерного моделирования из первых принципов мы предсказали возможность существования и получения двумерного слоя из ранее неизвестного ковалентного кристалла InGaS3 путем разрыва химических связей вдоль определенного направления. Далее на основе теоретических предсказаний была проведена огромная экспериментальная работа с применением метода микромеханического отщепления по получению двумерных слоев состава InGaS3 и последующее изучение оптических и электронных свойств материала», — добавил соавтор работы Дмитрий Квашнин, старший научный сотрудник ИБХФ РАН, доцент МФТИ. 

Оказалось, что кристалл InGaS3 обладает высоким коэффициентом преломления (n>2,5) при отсутствии поглощения в видимом и ИК-диапазонах. Это делает его отличным кандидатом для применения в области полностью диэлектрической нанофотоники. Новый материал может применяться в оптике нового поколения для производства сложного медицинского оборудования, интегральных схем, фотонных вычислительных устройств, а также приборов для проекции объемных голограмм.