Сибирские химики впервые синтезировали уникальный полупроводник

Уникальный материал класса сложных сульфидов синтезировал коллектив химиков под руководством специалистов из Тюменского государственного университета (ТюмГУ), 18 июня данные опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Российские ученые, совместно с зарубежными коллегами, сумели впервые получить сложные сульфиды самария и празеодима (BaSmCuS₃, BaPrCuS₃), осуществив сульфидирование смеси оксидов металлов. Оксиды были получены разложением соответствующих нитратов в растворе, сульфидирование проводилось в вертикальном кварцевом реакторе при температуре около 1000 °C.

Полупроводники структуры BaLnCuS₃ (Ba — барий, Ln — какой-либо металл из группы лантаноидов, Cu — медь, S — сера) обладают уникальными свойствами. Однако их изучение осложнено с тем, что обычные методы синтеза позволяют получить лишь небольшое количество вещества.

Получив порошки BaSmCuS₃ и BaPrCuS₃ в достаточном количестве, исследователи изучили структуру их кристаллических решеток, тепловые и оптические свойства.

Выяснилось, что новые вещества весьма термостойкие. Температура плавления полупроводника на основе празеодима составляет около 1300 °C. По мнению ученых, это позволит применять изделия из него в жестких температурных условиях: в жерле вулкана или близко к Солнцу.

Ширину запрещенной зоны у BaPrCuS₃ ученые оценивают в 2,1 электрон-вольта. Солнечные батареи, изготовленные из этого полупроводника, будут эффективно поглощать высокоэнергетические фотоны сине-зеленой области видимого спектра. По словам специалистов ТюмГУ, это позволит применять солнечные элементы на подводных аппаратах.

Более того, новые кристаллы обладают высокой оптической анизотропией: их коэффициент преломления сильно зависит от угла между осями кристалла и направлением поляризации падающего света. Такие материалы хорошо подходят для создания интегральных оптических микросхем, в которых быстрота переключения логического состояния ограничена лишь скоростью света.

Напомним, ширина запрещенной зоны кремния, использующегося для изготовления солнечных батарей сейчас, составляет 1,12 электрон-вольт. Кремниевый солнечный элемент эффективно поглощает фотоны только лишь в желтой, красной, ближней инфракрасной областях солнечного спектра.

Помимо ученых из ТомГУ, в исследовании приняли участие специалисты Сибирского федерального университета, Института физики им. Л. В. Киренского, Томского государственного университета, Федерального научного центра КНЦ, Института физики полупроводников СО РАН, Кемеровского государственного университета, а также их коллеги из Индийского технологического института.