Новый способ контроля оптических свойств полупроводников предложили учёные

23.12.2022

Российские ученые с участием исследователей НИТУ МИСИС предложили новый материал на основе нитрида бора и наночастиц оксида цинка, с контролируемыми оптическими свойствами. Как отмечают авторы исследования, в будущем, материал сможет найти применение как в оптоэлектронике, так и в медицине. Работа выполнена в рамках программы «Приоритет 2030». Результаты исследования опубликованы в научном журнале Materials. 

Благодаря своим антибактериальным и оптическим свойствам оксид цинка (ZnO) находит широкое применение в оптоэлектронике, медицинских препаратах и косметической продукции. Оксид цинка является полупроводником и может демонстрировать фотолюминесценцию (излучение света при его поглощении) как в ультрафиолетовом, так и в видимом диапазоне длин волн.

Длина волны излучения определяет область применения частиц оксида цинка. Излучение в ультрафиолетовой области, которое может повредить кожу, является нежелательным для косметических продуктов, тогда как в оптоэлектронных устройствах оно необходимо. Научившись контролировать фотолюминесцентные особенности ZnO, появится возможность создать универсальный материал, в котором оптические свойства можно настраивать в зависимости от применения.

Группа российских ученых научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» Университета науки и технологий МИСИС предложила метод контроля фотолюминесцентных свойств наночастиц ZnO путем их комбинирования с гексагональным нитридом бора (h-BN).

«Мы разработали метод получения гетероструктур ZnO и h—BN, который позволяет контролировать фотолюминесцентные свойства наночастиц оксида цинка путем изменения толщины частиц гексагонального нитрида бора. Наночастицы ZnO размером 3–5 нм мы высаживали на два типа частиц h—BN с разными толщинами. В результате исследований было установлено, что с увеличением толщины частиц нитрида бора усиливается фотолюминесценция наночастиц оксида цинка в ультрафиолетовом диапазоне. Это может быть связано с тем, что h—BN влияет на электронную структуру поверхности наночастиц ZnO, приводя к ее пассивации. Мы предполагаем, что степень пассивации может зависеть от толщины частиц h‑BN. Экспериментально наблюдаемое увеличение интенсивности пиков спектра фотолюминесценции в ультрафиолетовом диапазоне с ростом толщины h‑BN объясняется результатами расчетов с использованием теории функционала плотности, которые указывают на появление гибридизации на межфазной границе h‑BNи ZnO», — рассказал один из авторов исследования, сотрудник научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСИС Данил Барилюк.

Как отмечают исследователи, полученные результаты вносят вклад в понимание взаимодействия наночастиц оксида цинка с двумерными слоистыми материалами, что является важным для дальнейшей разработки универсальных гетероструктур для широкого спектра применений в промышленности: от фотокатализа до биомедицины.

НИТУ МИСИС