Открыт новый полупроводник с кристаллической решеткой в виде японского узора

Ученые СПбГУ вместе с коллегами из Университета Крита открыли новый полупроводник. Он похож на перовскит и имеет кристаллическую решетку в виде шестиугольных сот.

Исследование проводилось в лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, которая была создана благодаря программе мегагрантов Министерства науки и высшего образования России.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Сhemistry of Materials.

Галогенидные перовскиты — это полупроводники, которые хорошо взаимодействуют со светом. Их можно дешево и просто изготовить. Поэтому их используют в устройствах фотоники и оптоэлектроники: от солнечных батарей до лазеров.

Перовскитные кристаллы похожи на каркас из соединенных вершинами октаэдров с полостями внутри. Эти полости заполнены маленькими катионами — положительно заряженными частицами. Ученые создают разные перовскитоподобные кристаллы, соединяя их не только вершинами, но и ребрами или гранями.

При синтезе материалов ученые используют большие органические катионы, например катион 3-цианопиридиния. С его помощью ученые из Санкт-Петербурга смогли сделать стабильной решетку постперовскита.

Благодаря необычной структуре решетки эти соединения обладают новыми свойствами. Они связаны с квантово-механическими и топологическими эффектами.

Старший научный сотрудник лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Никита Селиванов создал новое вещество (3-CF₃pyH)₂ (3-CF₃py)Pb₃I₈. Оно похоже на другие соединения, но имеет особую структуру, напоминающую пчелиные соты или традиционный японский узор «кагомэ».

В этих «сотах» чередуются нейтральные молекулы и органические катионы.

Мы изучали этот необычный материал и обнаружили, что при комнатной температуре он не светится. Но когда мы охладили его до температуры жидкого азота, которая составляет −196 градусов по Цельсию, он начал ярко светиться разными цветами, — рассказала инженер-исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Анна Самсонова.

Ученые из Университета Крита под руководством профессора Джорджа Копидакиса смоделировали электронные свойства «сот». Они рассчитали электронную зонную структуру и обнаружили зоны, которые называются „кагомэ“ и находятся рядом с зоной проводимости.

Профессор Консантинос Стомпос из лаборатории кристаллофотоники СПбГУ и Университета Крита сказал, что эти зоны удивили ученых, потому что обычно их не находят в материалах, которые не проводят электричество и не притягивают магниты.

Надеемся, что будущие эксперименты с внешним воздействием позволят подтвердить нашу гипотезу о том, что  (3-CF₃pyH)₂ (3-CF₃py)Pb₃I₈ является перспективным квантовым материалом, — пояснил Консантинос Стомпос.

Ранее ученые сообщили об изобретении прозрачных полупроводников.

Иллюстрация: Схема кристаллической решетки нового полупроводника в виде узора «кагомэ». Источник: СПбГУ.

16.01.2025