Полупроводник для оптоэлектроники создали в НИЯУ МИФИ

Исследователи из НИЯУ МИФИ в составе международной команды впервые создали станнат стронция с добавлением атомов лантана, рутения и индия. Они изучили его электронные, магнитные и оптические свойства.

Этот материал можно использовать в оптоэлектронике, устройствах памяти и спинтронике.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Станнаты — это перовскиты, кристаллические соединения из пяти атомов: двух положительных ионов и трёх отрицательных. Перовскиты с атомом олова и тремя атомами кислорода представляют интерес для исследований, поскольку могут найти применение в фотокатализе, энергетике и сенсорике.

Станнат стронция (SrSnO₃) — одно из ключевых соединений в этом семействе. Его молекула состоит из одного атома стронция, одного атома олова и трёх атомов кислорода.

У станната стронция есть особенности: структурная гибкость, уменьшенные параметры решётки и достаточно широкая запрещённая зона порядка 4 эВ. Если заменить атомы стронция или олова на атомы других элементов (этот процесс называется легированием), то орторомбическая структура перовскита SrSnO₃ искажается. В результате соединение поглощает видимый свет.

Станнаты активно изучаются, но пока нет подробных исследований о том, как совместное легирование, например, атомами индия и рутения влияет на электронные и магнитные свойства SrSnO3 в тонкой плёнке или объёмном образце.

Учёные НИЯУ МИФИ вместе с зарубежными коллегами впервые синтезировали станнат стронция, в который добавили атомы лантана, рутения и индия. Полупроводниковый перовскит La_0.25Sr_0.75Sn_0.4In_0.25Ru_0.35O₃ получили в виде порошка экологически чистым методом механохимического синтеза.

Анализ показал, что образец кристаллизовался в структуру типа перовскита GdFeO₃.

Учёные определили электронные, магнитные и оптические характеристики нового материала. В частности, эксперименты и теоретический анализ показали, что ширина полупроводниковой щели составляет примерно 1,5 эВ — это меньше, чем у нелигированного станната стронция.

Ширина запрещённой зоны зависит от соотношения атомов олова и рутения в образце. Дополнительное легирование атомами рутения переводит материал из диэлектрического состояния в полупроводниковое, а затем и в полуметаллическое/металлическое, — рассказал профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Михаил Маслов.

Он также отметил, что, регулируя количество атомов модифицирующих добавок, можно настраивать электронные характеристики материала.

LSSIRuO проводит электричество лучше, чем незамещённый SrSnO₃, и становится ферромагнитным при температуре ниже 155 К.

По мнению учёных, эти свойства делают LSSIRuO перспективным материалом для оптоэлектроники, устройств памяти и спинтроники.

03.09.2024