Химия

Международная группа ученых предложила экономически выгодный и в то же время эффективный способ синтезировать материал, обычно сложный в получении. Химики использовали доступные олово и серу, нагревая их определенным образом, чтобы создать ультратонкую кристаллическую пленку с уникальными свойствами.

Моносульфид олова (SnS) и дисульфид олова (SnS2) считаются перспективными в спин-долинной электронике. В отличие от привычных полупроводниковых металлов, использующих только заряд электрона, новый класс может пропускать поляризованный ток, несущий дополнительную информацию, которая закодирована в квантовых свойствах электронов. Это, в частности, спин электрона, то есть внутренний момент импульса, и долина — энергетическая зона внутри кристалла.

Такой потенциал был бы полезен для создания компактных и безопасных устройств для быстрой обработки большого объема данных или даже для вживления в тело человека, а также фотодетекторов. Спинтронику (использующую спин частицу), например, сегодня уже применяют на практике для увеличения емкости жестких дисков.

Кроме того, моносульфид олова проявляет такие интересные свойства, как сегнетоэлектричество и напряжение сдвига, или определенная сумма сил, которые вызывают деформацию материала в плоскости, параллельной направлению напряжения. Использовать эти преимущества непросто, поскольку исходные вещества могут «вести себя» непредсказуемо.

Международная группа ученых из Японии и Великобритании смогла синтезировать монослой сульфида олова большой площади без сложного и дорогого оборудования из порошков серы и олова. Чтобы контролировать процесс, оба компонента нагревали определенным способом и выращивали кристаллы на кремниевых подложках. Чтобы регулировать концентрацию паров, сдвигали источник серы ближе или дальше от олова.

Компьютерное моделирование предсказало, что низкие уровни серы должен дать моносульфид, а высокие — дисульфид олова. Это и подтвердили эксперименты. Затем внешние слои испарялись, переходя из твердого состояния в газообразное и оставляя тончайшую пленку толщиной до нескольких десятков микрометров. Термодинамические расчеты подтвердили воспроизводимость роста кристаллов, то есть возможность получать кристаллы с одинаковыми параметрами при повторении процесса выращивания в тех же условиях.

Таким образом, ученые получили материал путем контролируемой сублимации объемных кристаллов моносульфида олова, прямого превращения твердого материала в пар без плавления после нагревания. Управляя селективностью реакции, исследователи добились выделения нужного продукта в нужном количестве. Предложенная ими технология открывает новые возможности для создания более совершенных и эффективных электронных устройств на основе высококачественного сульфида олова.

Научная работа опубликована в журнале Nano Letters.