Специалисты Томского политехнического университета, при поддержке зарубежных партнеров, провели исследования, в ходе которых был обнаружен уникальный фотоотклик полупроводникового материала, трисульфида мышьяка. Выделить материал удалось глубокой переработкой минералов, добытых в России.
Значительный фотоотклик сохраняется даже при минимальном освещении, что дает новые возможности оптоволоконной промышленности, позволяет разрабатывать и создавать новые устройства с минимальным потреблением энергии, максимальной дальностью связи, стабильностью сигнала.
Необходимость исследований
Двумерные материалы – слои минимальной толщины с комбинированными свойствами, характерными для полупроводников, проводников и сред, не проводящих электрический ток. Уникальная комбинация характеристик делает материалы перспективными для различных производственных сфер: от физики до химии, от выпуска волоконно-оптического оборудования до изготовления сенсоров высокой чувствительности.
Пример двумерного материала – дисульфид молибдена, получение которого базируется на методике эксфолиации, в процессе которой тончайшие слои отделяются от крупной формы, минерала, для структуры которого характерна выраженная слоистость.
Знания о подобных минералах, однако, пока очень поверхностны. Одна из задач российских специалистов – обнаружение сырья, способного стать основой для двумерных материалов, подходящих для изготовления высокотехнологичных электронных приборов. Ученые ТПУ смогли решить ее. Ими были получены чешуйки трисульфида мышьяка, толщина которых измеряется нанометрами, путем обработки аурипигмента, минерала естественного происхождения.
Экспертные мнения
Гарсия Бальса Аура Самид, один из ведущих специалистов ТПУ, поделился ходом и результатами исследований. По словам ученого, они продемонстрировали, что уже светового излучения малой мощности оказывается достаточно для выраженного изменения электронных показателей трисульфида мышьяка. При этом, электропроводимость остается стабильно низкой, вплоть до отсутствия, что отличает его от полупроводниковых аналогов, востребованных при выпуске фотоприемников. Попадание потока фотонов на двумерный материал провоцирует перераспределение зарядов, электрический потенциал поверхности оказывается на уровне 80 мВ.
Формирование поверхностного потенциала – главное свойство, ценное для оптико-волоконной промышленности. Оно поможет в проектировании и производстве инновационных оптических переключателей, превосходящих существующие модели. Также были отмечены и другие свойства:
- Усиление взаимодействия потока фотонов и вещества;
- Стимуляция оптоэлектронного отклика;
- Улучшение фотокаталитических параметров двумерного материала.
Достичь максимально выраженных результатов удалось комбинированием трисульфида мышьяка и тончайших серебряных проволок. Сочетание оказалось на 71 процент более эффективным с точки зрения интенсивности фотокаталитических процессов, в сравнении с одними проволоками.
Открывшиеся свойства способны стать базой для разработки технологических решений, независимых от импортных поставок сырья. Специалисты ТПУ не намерены прекращать исследования. Согласно планам, будут исследованы и другие минералы, потенциально подходящие для формирования слоев с нужными свойствами, их сочетания и комбинация. Важное требование – все минералы должны быть добыты в России.
Фото tpu.ru
