Нанооборотень: когда форма меняет свойства.

Прямая и зигзагообразная нанопроволоки в разных масштабах.

Интересные свойства поверхностей полупроводниковых материалов продемонстрировала объединенная исследовательская группа Университетов Свонси и Ростока. Ученым удалось показать, что если определенным образом вырастить нанопроволоку из полупроводника, сульфида свинца, то ее поверхность может демонстрировать как металлические, так и полупроводниковые, а при низких температурах даже сверхпроводниковые свойства.

В основе этого эксперимента лежит серьезный объем предварительных исследований. Теоретические расчеты методом теории функционала плотности (DFT) и исследования полупроводниковых нанопроволок методами электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и т.д. позволили предположить, что поверхность зигзагообразной нанопроволоки может обладать металлическими свойствами. Теперь же сделан следующий шаг, и разработана технология, которая позволяет такие зигзагообразные нанопроволоки выращивать.

Для эксперимента выращивались нанопроволоки двух типов, прямые и зигзагообразные, с разным расположением атомов свинца и серы на их поверхности. Для этих целей использовали метод коллоидного синтеза, с помощью которого можно контролировать рост наноструктуры.

Как и ожидалось, в случае прямой нанопроволоки свойства ее поверхности соответствует полупроводникам. А вот в случае зигзагообразной проволоки ее поверхность может формироваться кристаллографическими гранями {111}, насыщенными атомами свинца, и тогда поверхность проволоки действительно начинает демонстрировать металлические свойства. При этом полупроводниковые свойства нанопроволоки подавляются, и по поверхности проволоки могут течь гораздо более сильные электрические токи. Кроме того, нанопроволоки перестают реагировать на освещение, как это делают полупроводники, и демонстрируют характерную для металлов зависимость электропроводимости от температуры. И можно предположить, что при низких температурах поверхность зигзагообразной нанопроволоки начнет демонстрировать и сверхпроводящие свойства.

a) Прямые нанопроволоки растут в направлении {112} за счет соединения гранями кубов. Это вид сверху по направлению {111}. b) Зигзагообразные нанопроволоки, растущие в направлении {100}, собираются из октаэдров, которые скрепляются по гранями {100}. Их поверхность состоит из граней {111}, если смотреть с направления {110}. c) 3D модель формирования зигзагообразных проволок. Поверхность этих проволок состоит только из атомов свинца (атомы свинца – темные сферы, атомы серы – желтые сферы).

В перспективе такая технология очень интересна. Полупроводники являются основой для транзисторов, интегральных микросхем, всевозможных датчиков и светодиодов. Эти материалы, в основном на основе кремния, находятся в центре современной электронной промышленности. С другой стороны, металлы связывают в устройствах активные электронные компоненты. Поэтому и интересна предложенная технология, которая позволяет изменять свойства наноструктуры в процессе ее роста, чередуя кусочки с полупроводниковыми и металлическими свойствами.

Кроме того, впечатляет сам факт, что одному и тому же материалу можно придавать различные фундаментальные физические свойства.

Mohammad Mehdi Ramin Moayed et al, Function Follows Form: From Semiconducting to Metallic toward Superconducting PbS Nanowires by Faceting the Crystal, Advanced Functional Materials (2020). DOI: 10.1002/adfm.201910503

Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.