Исследователи НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива впервые синтезировали станнат стронция, легированный атомами лантана, рутения и индия и определили его электронные, магнитные и оптические характеристики. Новый материал может найти применение в оптоэлектронике, в устройствах памяти и спинтронике.
Работа опубликована в высокорейтинговом журнале Physical Chemistry Chemical Physics. Новый материал относится к категории перовскитов, то есть кристаллических соединений, молекула которых состоит из пяти атомов: двух положительных ионов и трех отрицательных. Перовскиты, в состав которых входит один атом олова и три атома кислорода, называемые станнаты, систематически привлекают внимание исследователей, поскольку обладают перспективами применения в области фотокатализа, энергетики и сенсорики.
Одно из ключевых соединений в этом семействе — станнат стронция, молекула которого состоит из одного атома стронция одного атома олова и трех атомов кислорода ( SrSnO3). Стоннат стронция выделяется своей структурной гибкостью, уменьшенными параметрами решетки и достаточно широкой запрещенной зоной порядка 4 эВ. Кроме того, при легировании (замещении) стронция или олова атомами других элементов, орторомбическая структура перовскита SrSnO3 искажается, что приводит к поглощению в видимом диапазоне излучения.
Несмотря на то, что станнаты интенсивно изучаются, сегодня не существует подробных экспериментальных или теоретических исследований, показывающих как совместное легирование, например, атомами индия и рутения влияет на электронные и магнитные свойства SrSnO3, в формате тонкой пленки или объемного образца.
Исследователи НИЯУ МИФИ вместе с зарубежными коллегами впервые синтезировали станнат стронция, легированный атомами лантана, рутения и индия. Новый наноразмерный полупроводниковый перовскит La0.25Sr0.75Sn0.4In0.25Ru0.35O3 (LSSIRuO, смотрите рисунок) был получен в виде порошка с использованием экологически чистого механохимического синтеза, известного своей простотой и экономической эффективностью.
Контроль получившегося материала с помощью рентгеноструктурного анализа и инфракрасной спектроскопии подтвердил, что образец кристаллизовался в структуру типа перовскита GdFeO3. Ученые определили электронные, магнитные и оптические характеристики нового материала. Например, данные проведенных экспериментов и теоретического анализа указывают на достаточно узкую полупроводниковую щель ~1.5 эВ по сравнению с нелигированным станнатом стронция.
«Мы установили, что ширина запрещенной зоны может изменяться в зависимости от соотношения атомов олова и рутения в образце. Таким образом, можно сделать вывод, что дополнительное легирование атомами рутения стимулирует переход из диэлектрического состояния в полупроводниковое, а затем и в полуметаллическое или металлическое», – прокомментировал автор работы профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Михаил Маслов.
По его словам, этот эффект позволяет настраивать электронные характеристики материала, регулируя число атомов-допантов. Кроме того, авторы установили, что LSSIRuO показал более высокую электропроводность по сравнению с незамещенным SrSnO3, а также проявил ферромагнитную природу при температурах ниже 155 К.
Таким образом, небольшая ширина полупроводниковой щели в сочетании с уникальными электрическими и магнитными характеристиками, по мнению ученых, делает LSSIRuO перспективным кандидатом для применения в оптоэлектронике, а также в устройствах памяти и спинтроники.