Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского разработали уникальный метод расчёта свойств борных нанотрубок, показав их исключительную электропроводность. Это открывает путь к созданию энергоэффективных процессоров, компактной мощной электроники, улучшенных аккумуляторов.
В ходе работы физики создали новый набор параметров для квантово-механического метода для атомов бора. Он оказался в 10,7 раз точнее существующих аналогов. Точность расчётов метрических параметров атомной решётки достигла впечатляющих показателей — погрешность составила всего 1,69% по сравнению с эталонным методом. Набор параметров саратовских учёных – лучший в мире для моделирования борных структур.
«Наша параметризация точно определяет геометрические параметры борофенов и борных нанотрубок и хорошо учитывает их электронное строение», – заявляет руководитель исследования – доцент кафедры радиотехники и электродинамики Института физики СГУ Дмитрий Андреевич Колосов.
Применение нового набора параметров методики позволило получить сенсационные научные результаты. Оказалось, что борные нанотрубки обладают электропроводностью, в 26 раз превышающей показатели углеродных аналогов того же диаметра. Учёные также выявили важную закономерность: с увеличением диаметра однослойной трубки её электропроводность существенно возрастает.
Современные процессоры сталкиваются с серьёзной проблемой перегрева из-за токов, достигающих сотен ампер. По словам учёных, использование борных нанотрубок в качестве проводников может стать основой для процессоров нового поколения с повышенной энергоэффективностью. В области портативной электроники открытие позволит создавать более компактные зарядные устройства без потери мощности.
Сейчас научная группа сосредоточена на изучении влияния различных дефектов на проводимость нанотрубок. В обозримом будущем планируется исследование применения борных нанотрубок в металл-ионных аккумуляторах (например, литий-ионных, натрий-ионных). Учёные будут изучать, насколько эффективно этот материал может работать в качестве анода, что потенциально может привести к созданию батарей с улучшенными характеристиками.
Работа выполнена при поддержке гранта №24-79-00242 Российского научного фонда и открывает новые горизонты для развития наноэлектроники. Первые результаты исследования опубликованы в научном журнале Solid State Communications.
Подготовила Альфия Тимошенко