Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
Российские физики расщепили ковалентный кристалл из сульфида индия и галлия, перспективный для использования в электронике, и изучили оптические характеристики полученных тонких пленок. Этот кристалл имеет только ковалентные связи, но при этом продемонстрировал все свойства, присущие двумерным и слоистым материалам. Он найдет применение в области диэлектрической нанофотоники, например, в создании тонких линз с переменным фокусным расстоянием или даже объемных голограмм.
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.
Профили учёных из новости
Лаборатории из новости
Центр "Компьютерного моделирования неорганических и композитных наноразмерных материалов"
Лаборатория атомно-слоевого осаждения и физики наноэлектронных структур
