Задача получения одномерного полупроводника стояла перед учеными уже достаточно давно. Создание такого материала, основная область применения которого – опто- и микроэлектроника, позволило бы повысить быстродействие и снизить потребляемую мощность приборов. Уменьшение размеров материалов часто позволяет добиться экстраординарных электронных, оптических, механических, химических и биологических свойств за счет размерных и поверхностных эффектов.
Интенсивные исследования в этом направлении начались в 1991 году, когда была идентифицирована гексагональная структура углеродных нанотрубок, что позволило говорить о новом классе одномерных наноматериалов, имеющих перспективу использования в наноэлектронике. После получения в 2004 году графена, были сделаны попытки его разрезать сделав из него одномерный полупроводниковый наноматериал, однако чувствительность проводящий свойств полученных лент к ширине и структуре краёв пока не позволяют говорить о их перспективности в электронике. Безрезультатными были и попытки получения лент из двумерных полупроводников – дихалькогенидов переходных металлов, поскольку они состоят из химических связанных трех атомных слоев, качественно разрезать которые на ленты оказалось очень сложно.
Так как традиционным методом – разрезанием двумерных материалов – получить одномерные полупроводники не удавалось, научная коллаборация между группами исследователей НИТУ «МИСиС» и Тулейнского университета подошла к проблеме с принципиально иной стороны. Было решено искать кристалл, состоящий из слабо связанных одномерных наноструктур (как в случае графита, состоящего из листов графена), чтобы применить к нему тот же самый метод микромеханического расщепления (метод «клейкой ленты»).
Таким материалом стал Ta2Pt3Se8 (тантал-платина-селен) и Ta2Pd3Se8 (тантал-палладий-селен), синтезированный более 30 лет назад, но сих пор не получивший широкого применения. Он обладает очень интересной структурой: ее можно представить как слабо связанные между собой ленты нанометровой ширины.
По словам руководителя научной группы Павла Сорокина,
«уникальность нашей работы в ее новизне – мы показали, что для получения нужного результата надо взглянуть на задачу под другим углом: не пытаться разрезать уже имеющийся материал, а оглянуться, и найти другой, имеющий подходящую атомную структуру. Для решения нашей задачи идеально подошли наноструктуры состава Tа-Pd-Se и Tа-Pt-Se, в которых, я полагаю, мы найдем в нем еще немало интересных свойств».
нанопровод Ta-Pd-Se диаметром 2.1 нм – экспериментальное изображение и теоретическая модель. В рамке выделена основа структуры – отдельная нанолента Ta2Pd3Se8
Эксперименты с кристаллами Ta-Pd(Pt)-Se были проделаны американской группой ученых. В НИТУ «МИСис» параллельно велась теоретическая работа. Результаты экспериментальных исследований, в том числе данные просвечивающей электронной микроскопии, отлично совпали с теоретическими результатами. Расщепление Ta-Pd(Pt)-Se позволило получить нанопровода, состоящие из нескольких нанолент, имеющих прямую запрещенную зону порядка 1 электронвольта (эВ). Исследователи создали на основе полученных наноструктур транзистор, в котором экспериментально измеренная подвижность носителей заряда составила 80 см2B-1c-1
Как отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова,
«руководитель проекта «Теоретическое материаловедение наноструктур» в лаборатории «Неорганические наноматериалы», доктор физико-математических наук Павел Сорокин – победитель открытого международного конкурса на получение грантов НИТУ «МИСиС» и один из самых перспективных молодых ученых нашего университета. За свои научные достижения он был удостоен премии Scopus Award Russia 2015 в категории «Молодой ученый».
Комментарии (20)
LeonidI
05.09.2016 21:38+8Я надеюсь что вскоре пресс-служба МИСИС научится писать более взвешенные названия статей, да и сами статьи. А то сочетание заголовка, где «ученые МИСиС первыми в мире изучили», и текста, где «экспериментальная часть выполнена американскими коллегами», отдаёт желтизной. Хотя я верю что работа хорошая.
geisha
06.09.2016 01:00-1Если посмотреть на порядок авторов, то скорее «американские коллеги первыми в мире изучили» и «ученые МИСиС смоделировали».
geisha
06.09.2016 00:18+1Что? Та = тантал, господа. Tl = таллий. Первый жутко токсичен, поэтому я очень сомневаюсь, что пойдет дальше статьи в Nature.
ncix
06.09.2016 10:09>>… гексагональная структура углеродных нанотрубок, что позволило говорить о новом классе одномерных наноматериалов
Поясните, каким образом двумерная фигура (шестиугольник) позволяет говорить об одномерных материалах? Что такое «одномерные материалы»?fivehouse
06.09.2016 10:31Отличную антирекламу сами себе авторы обеспечили. Спутать значек таллия с танталом авторам показалось мало. Так еще и молекулу запихнули в одномерное пространство. О как! В таком виде статья и разошлась по Интернету.
inno
06.09.2016 11:06+1одна из многих неточностей поста. Корректно писать «квази-одномерный», в том смысле, что в одном направлении хорошо проводит, в других — практически изолятор. (Да, в заметке сильно не хватает указания параметра анизтропии, учитывая, что она от пресс-службы, а не левых журналистов). Ну и «сильная неточность» — материалами с пониженной размерностью (проводимости в частности), как экспериментально, так и теоретически занимаются как минимум с 1960 годов.
psorokin
06.09.2016 11:07+1Речь идёт прежде всего о периодичности структуры кристалла в одном из направлений и её отсутствии в двух других.
Если вас интересуют подробности определения, можете, например, обратиться к этой статье: «Проведем следующий мысленный эксперимент. Выберем трехмерный, объемный, образец какого-нибудь материала, лучше всего — однородный кристалл. <...> Теперь разделим кубик пополам — два его характерных размера останутся прежними, а один, пусть это будет высота d, уменьшится в 2 раза. <...> Неоднократно повторяя эксперимент, мы наконец дойдем до некоторого критического размера d*, ниже которого измеряемое нами свойство начнет зависеть от размера d. Почему? При d ? d* доля вклада поверхностных атомов в свойства становится существенной и будет продолжать расти с дальнейшим уменьшением d. <...> Таким образом, «нанообъект» («наноструктура», «наночастица») — это просто другой вариант термина «квантово-размерная структура». Это объект, у которого d ? d* по крайней мере в одном измерении. Это частицы пониженной размерности, частицы с повышенной долей поверхностных атомов. А значит, классифицировать их логичнее всего по степени снижения размерности: 2D — квантовые плоскости, 1D — квантовые нити, 0D — квантовые точки»
Ivansl7
06.09.2016 10:26С помощью метода микромеханического расщепления…
С помощью скотча, что-ли? Но как звучит...
sielover
06.09.2016 12:11Micromechanical exfoliation, так и называется. Только не расщепление, а скорее отслаивание.
old_bear
06.09.2016 12:53Скотч — это антинаучно. Очевидно же что использовалась правильная синяя изолента.
Ivansl7
06.09.2016 15:00Пусть изолента, хотя изначально все же был скотч, но ведь звучит же — микромеханическое расщепление. Так не стыдно и в работе написать.
gerahmurov
06.09.2016 17:06+1А если ещё вспомнить, что скотч при размотке даёт радиационное излучение, то можно ещё больше умных слов добавить.
https://www.youtube.com/watch?v=LQBjRF9mX1Y
old_bear
Новость интересная, но это не повод для болда на весь первый абзац.
old_bear
спасибо, что поправили