Созданы ультратонкие нанопровода для электроники нового поколения

Международный коллектив ученых из России, Китая и США разработал новый метод синтеза кристаллических нанопроводов для сверхминиатюрной электроники. Нити толщиной всего сотни нанометров и длиной в миллиметры можно использовать в качестве основы фотодетекторов, солнечных элементов и гибких экранов, сообщили в пресс-службе НИТУ МИСИС.

«Одна из ключевых задач Университета МИСИС как признанного лидера в области материаловедения в России и мире — обеспечить создание материалов с сочетанием свойств, необходимых для их практического применения в производстве. Наши исследователи под руководством профессора, д. ф.-м.н., одного из ведущих материаловедов мира по версии Research.com Павла Сорокина на протяжении ряда лет ведут исследования наноструктур, разработку нанотехнологий. Инновационный метод синтеза кристаллических нанопроводов, предложенный международным коллективом ученых, будет востребован при производстве новых типов датчиков, носимой электроники, гибких экранов и пр.», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Нанопровода — это особый класс кристаллических материалов, представляющих собой ультратонкие нити. Наиболее стабильными в агрессивной среде считаются системы с одномерной наноструктурой, в которой атомы соединены прочными ковалентными связями. Несмотря на их потенциал, широкое применение одномерных нанопроводов ограничено из-за сложности их получения. 

До сих пор подобные структуры вручную отделяли от больших кристаллов. Это малоэффективно и не позволяет получить длинные и однородные образцы. Кроме того, провода часто разрушались при внедрении в устройство из-за хрупкости.

Ученые из НИТУ МИСИС, Тулейнского университета и Сучжоуского университета науки и техники предложили новый метод синтеза кристаллических нанопроводов из тантала, никеля и селена. В отличие от традиционного подхода, где исходные порошки располагаются в одной точке ампулы, в новой методике они равномерно распределяются по всей ее внутренней поверхности с помощью электростатической зарядки. Затем ампула нагревается, и на ее стенках формируются тончайшие кристаллические нити, которые достигают длины в несколько миллиметров при толщине от 100 до 400 нанометров.

«В течение месяца проводилось наблюдение за состоянием нитей вне ампулы при комнатной температуре. В отличие от большинства наноматериалов, чувствительных к окислению, влаге и ультрафиолету, структура полученных проводов не ухудшилась. Более того, их можно механически расщеплять на ещё более тонкие нити толщиной до 7 нм, что позволяет создавать ультратонкие сенсоры и другие микроустройства. Квантово-химические расчёты подтвердили возможность получения отдельных стабильных нанопроводов, а также их полупроводниковые свойства», — отметил Константин Ларионов, научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.

При взаимодействии с никелем на поверхности провода формируются стабильные и однородные контакты Шоттки. Они важны для работы фотодетекторов, солнечных элементов и других приборов, где необходима чувствительность к электрическому полю.

«В перспективе новая технология открывает путь к созданию электронных схем буквально на одном нанопроводе: миллиметровая нить может быть основой для многих устройств молекулярной электроники», — подытожил Павел Сорокин, заведующий лабораторией цифрового материаловедения НИТУ МИСИС.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Scientific Reports (Q1).