Учёные МГУ придумали новый способ синтеза материалов для оптоэлектроники

Опубликовано 2021-04-29

 © msu.ru

Сотрудники химического факультета и факультета наук о материалах МГУ совместно с коллегами из институтов РАН создали пленки на основе оксида ванадия, обладающие рекордными показателями. Совокупность этих преимуществ вместе с дешевизной новой методики синтеза позволяет надеяться на большой прорыв в оптоэлектронике. Результаты исследования опубликованы в журналах CrystEngComm и Сeramics International. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

Терагерцовая оптоэлектроника широко применяется в системах безопасности. Терагерцовые волны — не ионизирующие (от них в веществе не образуются ионы, как от рентгеновских волн), но дерево, пластик и керамика для них прозрачны (в отличие от воды и металла). Поэтому с помощью терагерцовых волн удобно просвечивать чемоданы. Кроме того, волны данного диапазона можно применять в контроле качества продуктов питания и строительных материалов, а также в медицине и в фармацевтике. Можно, но неудобно.

«Сейчас типичные устройства, основанные на принципе управления потоком терагерцовых волн, довольно громоздки, что ограничивает их потенциальное применение, — рассказал один из авторов работы, к.х.н., сотрудник химического факультета МГУ Артем Макаревич, — Особенно, если принять во внимание постоянно растущие требования к миниатюризации и повышению эргономики устройств. Поэтому разработка материалов для компонентов устройств ТГц-диапазона — датчиков и модуляторов — попала в зону интереса крупных фундаментальных и коммерческих проектов. Ранее уже было предпринято множество попыток поиска подхода к созданию высокоэффективных функциональных материалов, однако эта область все еще мало изучена. Поэтому прорыв в данной области может сыграть ключевую роль в развитии рынка ТГц-устройств».

Диоксид ванадия — одно из соединений, которое вызывает повышенный интерес в области оптоэлектроники из-за резкого изменения проводимости на 4-5 порядков при температуре, близкой к комнатной (68 градусов Цельсия). Такой переход позволяет создавать сверхбыстрые оптоэлектронные переключатели, управляемые температурой. Также материалы (например, пленки) на основе оксида ванадия используются в «умных окнах», инфракрасных датчиках, биосенсорах и др. Однако характеристики материалов из оксида ванадия напрямую зависят от способа получения. Поэтому одной из главных задач для ученых стал поиск оптимальной и наиболее эффективной методики синтеза пленок на основе оксида ванадия.

Химики и материаловеды МГУ с коллегами из РАН вырастили гидротермальным методом пленки диоксида ванадия с необычной структурой, внешне схожей с ёлочными иголками. Как говорят авторы работы, метод новейший, он использован всего в 11 работах по всему миру, 3 из которых принадлежат авторству данной научной группы. С точки зрения синтетического подхода направление не только новое, но и непростое из-за большого количества параметров. С другой стороны, оно перспективное, так как воспроизводимое и более дешевое, чем другие методы.

«Пленки, которые мы получили новым методом, обладают рекордными для данного типа материалов характеристиками, — рассказала доцент факультета наук о материалах МГУ Ольга Бойцова. — К примеру, по чувствительности в терагерцовом диапазоне: при 1.5 ТГц пропускание падает в 8 раз (c 80% до 10%), что очень много для неполимерных материалов. Также рекордным стал острый термоэлектрический переход — при 68 градусах Цельсия величина сопротивления материала уменьшается почти на 6 порядков (в остальных исследованиях удавалось достичь 4 порядков). Сейчас мы пытаемся уменьшить температуру, при которой происходит этот переход, так как 68 градусов — весьма неудобная температура с позиции широкого применения материалов. Кроме того, для нас важно совместить термоэлектрические свойства пленок и их чувствительность к воздействию ИК и терагерцового излучений — это позволит расширить область использования. Материалы с такой комбинацией свойств используются в ИК-датчиках температуры — в них для получения результата прибор „считывает“ излучение, испускаемое объектом».

Источник https://sdelanounas.ru/blogs/141133/