3 February 2023, 22:00

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.

Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
(a) Оптическая фотография кристалла InGaS3; (b) предполагаемое направление разрыва связей; (c-d) фотографии атомно-силовой микроскопии полученных двумерных объектов; (e) показатель преломления в сравнении с типовыми материалами с (e) высоким показателем преломления и (f) узким диапазоном поглощения. Вставка отражает оптическую запрещенную зону и соответствующий показатель преломления

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.

Source:  Пресс-служба МФТИ

News article profiles

Kvashnin Dmitry
🥼
DSc in Physics and Mathematics, Associate Professor
Moscow Institute of Physics and Technology
Moscow Institute of Physics and Technology
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
Pirogov Russian National Research Medical University
Pirogov Russian National Research Medical University
104 publications,  4 193 citations
h-index: 21
Research interests
2D Materials
Biotechnology
Heterostructures
Mechanics of materials
Nanotechnology
Photonics
Physical Chemistry
Quantum Chemistry
Sensorics
Straintronics
Twistronics
Sukhanova Ekaterina
🤝
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
36 publications,  257 citations
h-index: 9
Research interests
Computer simulation
Density functional theory (DFT)
Graphene
Materials science
Nanomaterials
Nanotechnology
Quantum Chemistry
Oreshonkov Aleksandr
🤝
PhD in Physics and Mathematics
Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Kirensky Institute of Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
89 publications,  2 099 citations
h-index: 22
Research interests
Density functional theory (DFT)
Dynamics of the crystal lattice
IR spectroscopy
Raman spectroscopy
Popov Zakhar
16 publications,  579 citations
h-index: 10
Tsymbarenko Dmitry
27 publications,  230 citations
h-index: 9
Novikov Sergey
74 publications,  955 citations
h-index: 16
Volkov Valentyn
81 publications
h-index: 0
Popov Zakhar
PhD in Physics and Mathematics
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
107 publications,  1 981 citations
h-index: 22
Toksumakov Adilet
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences
13 publications,  56 citations
h-index: 4
Yakubovsky Dmitry
62 publications,  1 292 citations
h-index: 16
Ermolaev Georgy
53 publications,  1 002 citations
h-index: 17

News article publications

Read also

Тонкий слой кремнезема позволил золотым наночастицам «сиять» ярче
Наночастицы золота, покрытые тонким слоем кремнезема, лучше рассеивают свет, чем те, что имеют плотную «шубу», а значит, их можно использовать как систему адресной доставки лекарств с «маячком» для слежения
Materials Science
Mathematical modeling
Nanomedicine
Nanophotonics
Nanotechnology
Optics
17 January 2023
Физики предложили более простой способ искажения идеальных метаматериалов
Таким образом они смогут эффективнее взаимодействовать со светом, что полезно для создания усовершенствованных и миниатюрных лазеров, устройств передачи информации и сенсоров
Materials Science
New techniques
Optics
20 July 2023
Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Легирование перовскитов позволило им излучать свет с разными длинами волн
Весь процесс происходил в растворе при комнатной температуре, а для точной настройки длины волны излучаемого света необходимо было лишь менять соотношение добавляемых прекурсоров — источников ионов иттербия и марганца
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
7 June 2023
Кремний-золотой наноматериал станет основой защиты от контрафакта
Он поглощает свет и преобразует его в тепло; поскольку сформированные из наночастиц пленки имеют неповторимый узор, ими можно маркировать товары для их защиты от подделки
Materials Science
Nanotechnology
Optics
6 February 2023
Ученые вывели новую стратегию создания поглотителей лазерного излучения
В ее основе - зависимость между степенью поглощения света фталоцианинами и двумя пороговыми концентрациями, при которых зависимость перестает быть линейной и заканчивается формирование агрегатов в растворах
Laser chemistry
Materials Science
New techniques
Optics
16 December 2022