Новости

11 апреля, 2023 15:14

Ученые разработали технологию создания нового класса полупроводников

Ученые Казанского федерального университета совместно с коллегами из Университета ИТМО (Санкт-Петербург), Лундского университета (Швеция) и Калифорнийского университета в Ирвайне (США) разработали технологию создания нового класса полупроводников со структурным фазовым градиентом. Эти материалы открывают уникальные возможности для улучшения эффективности светодиодов, фотодетекторов и солнечных батарей.
Авторы: студенка 4 курса Элина Батталова (НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы»), Сергей Харинцев (Зав. кафедрой оптики и нанофотоники КФУ), Тимур Мухаметзянов (руководитель НИЛ «Сверхбыстрая калориметрия»). Источник: А. Черкасова

Сотрудники НИЛ «Квантовая фотоника и метаматериалы» и НИЛ сверхбыстрой калориметрии, созданных в Казанском федеральном университете в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет–2030», предложили оригинальный способ фазовой структуризации неорганического галоидного перовскита CsPbBr3, основанный на локальном оптическом нагреве c помощью термоплазмонной метаповерхности. 


Иллюстрация структуры перовскита на метаповерхности. Источник: авторы исследования

Научная работа проводилась в рамках поддержанного Российским научным фондом проекта «Синтез и исследование нового класса нанокомпозитной керамики с вырожденной диэлектрической проницаемостью для оптоплазмонных приложений», которым руководит профессор кафедры оптики и нанофотоники Института физики КФУ Сергей Харинцев. Результаты работы представлены в высокорейтинговом журнале ACS NANO.

«Фундаментальной задачей полупроводниковой фотоники и оптоэлектроники является повышение эффективности взаимодействия света и вещества на микро- и наношкале, – рассказывает участница проекта, студентка 4 курса Института физики КФУ Элина Батталова. – Наряду с размерными эффектами важным препятствием на этом пути являются точечные дефекты в полупроводниковых кристаллах, которые способны существенно ослабить фотолюминесценцию или оптическое поглощение. Дефекты, от которых невозможно избавиться, являются неотъемлемой частью любого кристалла. Вместе с тем, изменяя электронную структуру полупроводника, можно добиться того, что энергетические уровни дефектов сместятся за пределы запрещенной щели. В этом случае дефекты могут улучшить оптические свойства полупроводников, выполняя функцию оптической наноантенны. К такому классу полупроводников относятся неорганические галоидные перовскиты, например CsPbBr3, которые исследовались в нашей работе».
По словам студентки, одним из способов увеличения квантового выхода люминесценции является создание гетероструктур, содержащих несколько кристаллографических фаз. В таких материалах дефекты играют положительную роль, – они становятся зарядовыми аттракторами, в которых усиливается излучательная рекомбинация.
«Фазовый состав перовскита CsPbBr3 при разных температурах изучался с помощью неинвазивного метода – сверхбыстрой сканирующей дифференциальной калориметрии. Нам удалось обнаружить след от дефектов на калориметрических кривых отдельных кристаллов CsPbBr3. Это открывает новые возможности сканирующей сверхбыстрой калориметрии для решения задач дефектоскопии твердых тел», – сообщил доцент кафедры физической химии, старший научный сотрудник НИЛ сверхбыстрой калориметрии Химического института им. А.М. Бутлерова КФУ Тимур Мухаметзянов.
Фазовая структуризация перовскита, считают ученые КФУ, возможна благодаря генерации сильно локализованного температурного градиента.

Схематичная иллюстрация кристаллая перовскита CsPbBr3 на термоплазмонной
метаповерхности. Источник: авторы исследования

«Для этой цели мы разработали термоплазмонную метаповерхность, обеспечивающую локальный оптический нагрев при ее освещении лазерным светом, – объясняет С. Харинцев. – Помещая кристалл CsPbBr3 на такую метаповерхность, можно управлять фазовым составом полупроводника путем изменения интенсивности лазерного света. При комнатной температуре перовскит CsPbBr3 находится в g-фазе с наинизшей симметрией. Локальный фотонагрев создает стационарный тепловой градиент. При таких условиях в пределах одного кристалла может возникнуть одновременно несколько кристаллических фаз, на границах которых благодаря возникшим и имеющимся дефектам существенно повышается квантовый выход фотолюминесценции».
Описанный метод фазовой структуризации полупроводников открывает уникальные возможности для улучшения функциональности таких оптоэлектронных устройств, как светодиоды, фотодетекторы и солнечные батареи.

1 июня, 2023
При помощи цезия ученые «отобрали» электроны у лития и получили сверхпроводник
Ученые из Сколтеха, Педагогического университета Цзянсу и других исследовательских институтов предск...
30 мая, 2023
Физики нашли новый фактор, влияющий на коллективное поведение атомных систем в волноводе
Ученые выяснили, что если атомы помещены в волновод – полую трубку, способную проводить электромагни...