Группа исследователей, возглавляемая университетом Миннесоты, открыла новый наноразмерный тонкопленочный материал с самой высокой проводимостью в своем классе. Новый материал может привести к меньшей, более быстрой и более мощной электронике, а также к более эффективным солнечным элементам.
Это открытие публикуется в журнале Nature Communications - журнале открытого доступа, который публикует высококачественные исследования из всех областей естественных наук.
Исследователи говорят, что то, что делает этот новый материал настолько уникальным, - это то, что он обладает высокой проводимостью, что помогает электронике проводить больше электричества и становиться более мощным. Но материал также имеет широкую запрещенную зону, что означает, что свет легко проходит через материал, делая его оптически прозрачным. В большинстве случаев материалы с широкой запрещенной зоной обычно имеют низкую проводимость или низкую прозрачность.
«Высокая проводимость и широкая ширина запрещенной зоны делают это идеальным материалом для изготовления оптически прозрачных проводящих пленок, которые могут быть использованы в самых разнообразных электронных устройствах, включая электронику высокой мощности, электронные дисплеи, сенсорные экраны и даже солнечные элементы, в которых свет должен проходить через Устройство ", сказал Бхарат Джалан, профессор химической технологии и материаловедения Университета Миннесоты, а также ведущий научный сотрудник исследования.
В настоящее время большинство прозрачных проводников в нашей электронике используют химический элемент, называемый индий. За последние несколько лет цена на индий значительно возросла, что значительно увеличило стоимость текущей технологии дисплеев. В результате были предприняты огромные усилия, чтобы найти альтернативные материалы, которые работают также или даже лучше, чем прозрачные проводники на основе индия.
В этом исследовании исследователи нашли решение. Они разработали новую прозрачную проводящую тонкую пленку, используя новый метод синтеза, в котором они выращивали тонкую пленку BaSnO3 (комбинацию бария, олова и кислорода, называемую станнат бария), но заменили элементный источник олова химическим предшественником олова. Химический предшественник олова обладает уникальными, радикальными свойствами, которые повышают химическую реактивность и значительно улучшают процесс образования оксида металла. Как барий, так и олово значительно дешевле, чем индий, и в изобилии доступны.
«Мы были очень удивлены тем, насколько хорошо этот нетрадиционный подход сработал в первый раз, когда мы использовали оловянный химический предшественник», - говорит Абхинав Пракаш (University of Minnesota), первый автор статьи, химик-технолог и материаловед. «Это был большой риск, но для нас это был большой прорыв».
Джалан и Пракаш сообщили, что этот новый процесс позволил им создать этот материал с беспрецедентным контролем над толщиной, составом и концентрацией дефектов и что этот процесс должен быть очень подходящим для ряда других систем материалов, где элемент трудно окисляется. Новый процесс также воспроизводим и масштабируется.
Они также добавили, что это было структурно превосходное качество с улучшенной концентрацией дефектов, что позволило им обнаружить высокую проводимость в материале. Они сказали, что следующим шагом будет дальнейшее сокращение дефектов атомного масштаба.
«Несмотря на то, что этот материал обладает самой высокой проводимостью в том же классе материалов, есть еще много возможностей для усовершенствования, кроме того, мы обладаем выдающимся потенциалом для открытия новой физики, если уменьшим дефекты. Это наша следующая цель», - сказал Джалан.
