В ТПУ создали новый материал из минерала, перспективный для оптоэлектроники

Перспективный для разработки энергоэффективных оптоэлектронных устройств двумерный полупроводник создали на основе природного минерала из российского месторождения совместно с китайскими коллегами ученые Томского политехнического университета (ТПУ), 4 февраля сообщает пресс-служба вуза. Коллектив исследователей впервые обнаружил, что двумерный трисульфид мышьяка (As₂S₃), полученный ими из минерала аурипигмента, добываемого на территории РФ, показывает хороший фотоотклик даже при низкой интенсивности освещения, что делает его перспективным материалом для фотоэлектронных устройств. Результаты исследования были представлены в статье «Модулированный фотоотклик в природном двумерном материале» (Modulated photoresponse in a naturally-occurring two-dimensional material), опубликованном в журнале Applied Materials Today (Q1, IF: 7.2). Двумерными материалами (2D-материалами) называются кристаллы, состоящие из одного или нескольких слоев молекул, в которых межатомные взаимодействия в плоскости слоя гораздо сильнее, чем межплоскостные. Они могут быть как проводниками (графен), так и полупроводниками (дисульфид молибдена), и диэлектриками (нитрид бора). Уникальные физические, химические и электронные свойства 2D-материалов делают их перспективными для применения в электронике, сенсорах и катализе. При этом некоторые двумерные материалы можно получить отслоением (эксфолиацией) ультратонких слоев от природных слоистых минералов, например, талька или молибденита (дисульфид молибдена). Однако свойства ультратонких слоев многих слоистых минералов в настоящее время остаются неисследованными. Решая задачу поиска материалов с уникальными свойствами среди природных минералов, добываемых на территории России, ученые ТПУ сумели получить из минерала аурипигмента нанометровые чешуйки трисульфида мышьяка. Соавтор исследования, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ, кандидат геолого-минералогических наук Гарсия Бальса Аура Самид рассказал о нем: «Наши исследования показали, что под воздействием даже слабого света этот материал достаточно сильно изменяет свои электронные свойства, но при этом не начинает проводить электрический ток, как это обычно происходит в случае полупроводников, используемых в фотоприемных устройствах. Механизм этого процесса другой. При воздействии света в двумерном материале происходит перераспределение зарядов. В результате поверхностный электрический потенциал увеличивается до 80 мВ». Тот факт, что этот материал изменяет под действием света поверхностный потенциал, позволяет рассматривать его для применения в фототранзисторах и оптических переключателях, тогда как самый известный двумерный полупроводник дисульфид молибдена не дает фотоотклика при тех же условиях. Учитывая известный науке факт, что применение металлических наночастиц может усиливать взаимодействие света с веществом и улучшать фотокаталитические характеристики 2D-материалов, исследователи нанесли серебряные нанопроволоки на поверхность трисульфида мышьяка. Это позволило увеличить эффективность фотокаталитических процессов по сравнению с использованием одних только нанопроволок на 71%. «Обнаруженные свойства ультратонких слоев минералов могут стать основой развития новых суверенных технологий оптоэлектронных или фотокаталитических систем, — пояснил соавтор исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес. — В дальнейших исследованиях мы планируем изучить свойства и других ультратонких слоев минералов, добываемых в России, и исследовать свойства комбинаций разных двумерных материалов». glavno.smi.today