Обычно их свойства меняют, добавляя примеси или разрушая химические связи, но это сложно и дорого. Ученые из Ноттингемского университета, Ульмского университета (Германия) и американской компании BNNT LLC нашли способ менять характеристики полупроводника, не трогая его состав.

Они работали с селеном — старым, но перспективным материалом. Первые солнечные батареи делали именно из него. Исследователи поместили селен в нанотрубки, словно в миниатюрные пробирки, и с помощью электронного микроскопа увидели неожиданное: при сжатии атомы селена перестраивались, образуя новые структуры.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Сначала мы просто наблюдали за реакциями внутри нанотрубок, — рассказывает доктор Уилл Калл. — Но потом случилось нечто удивительное: стенки трубки начали сужаться, и селеновый нанопровод внутри растянулся, как зубная паста из тюбика. Так мы обнаружили, что меняя диаметр провода, можно управлять его свойствами.

Ключевой параметр полупроводника — ширина запрещенной зоны (band gap). Она определяет, как материал проводит ток. Оказалось, ультратонкие провода из селена сохраняют полезные электронные свойства даже при экстремальном сжатии.

Раньше для таких исследований использовали углеродные нанотрубки, но они мешают измерениям, — объясняет профессор Квентин Рамасс. — Борнитридные трубки прозрачны для электронов, и мы впервые увидели, как меняется запрещенная зона в зависимости от толщины провода.

Профессор Андрей Хлобыстов добавляет:

Мы проверили, насколько можно уменьшить селеновый провод, чтобы он не потерял полезных свойств. Оказалось, квантовые эффекты компенсируются искажениями в структуре, и запрещенная зона остается в рабочем диапазоне.

Это открытие может упростить создание электроники. Вместо сложных сплавов — один элемент, который можно «настроить» простым сжатием.

Польза исследования

• Дешевле и экологичнее: не нужны дорогие примеси, меньше отходов.
• Гибкость дизайна: один материал — множество применений.
• Миниатюризация: поможет создавать еще более компактные устройства.

Эксперименты проводились в идеальных лабораторных условиях. Нанотрубки пока дороги в производстве, а массовое изготовление ультратонких селеновых проводов — нетривиальная задача.

Ранее ученые клонировали нанотрубки, чтобы открыть их потенциал в электронике.