В СПбГУ открыли новый механизм формирования нанокристаллов для лазеров
Ученые СПбГУ обнаружили новый механизм формирования нитевидных нанокристаллов типа «стержень-оболочка» из индия, галлия и азота с высоким содержанием индия в стержне. Сформированные нанокструктуры демонстрируют интенсивное излучение при комнатной температуре и могут быть использованы для создания новых оптоэлектронных устройств — светодиодов, солнечных панелей и лазеров.
Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nanoscale Horizons. Сплав InGaN (индий-галлий нитрид), используемый сегодня для создания силовой электроники и светодиодов, также перспективен для газовых сенсоров, солнечных батарей и водородных ячеек. Его массовое применение ограничено — это связано с трудностями синтеза стабильного слоя.
Недавно ученые Санкт-Петербургского университета подробно изучили механизмы формирования трехмерных (непланарных) структур на основе материала InGaN, применив научный и систематический подходы к описанию процессов роста этих структур. На основе таких соединений в СПбГУ уже создаются прототипы светодиодов, газовых сенсоров, ячеек для разложения воды и другое.
Как отмечают физики, в привычной научному миру «планарной» форме сложные микроэлектронные структуры создаются на плоской поверхности несколькими последовательными этапами нанесения материалов, травления и литографии, чтобы сформировать различные слои и компоненты устройства. Однако в случае InGaN формировать такие «плоские» структуры классическим способом не получается.
Из-за эффекта разрыва растворимости получение InGaN слоев с высоким содержанием индия (In) связано с распадом этого материала на отдельные фазы и образованием значительного количества дефектов. Также к образованию дефектов приводит рассогласование постоянных решеток этих материалов. Все это значительно снижает работоспособность приборов, в которых применяются эти структуры.
Физики Санкт-Петербургского университета открыли новый механизм формирования нанокристаллов на основе материала InGaN непосредственно на поверхности кремния.
«В частности, мы впервые объяснили новый механизм формирования InGaN нитевидных нанокристаллов, обладающих спонтанно сформированной структурой типа «стержень-оболочка». Результаты экспериментальных исследований показали, что процентное содержание In в стержне нанокристалла может составлять около 40 процентов и выше, а в оболочке — около четырех процентов. Важно отметить, что достижение такого высокого содержания индия в качественных InGaN слоях крайне затруднительно, однако нам это удалось», — рассказал автор разработки, руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
Увеличение содержания индия в InGaN приводит к изменению длины волны (другими словами, изменению цвета излучения) из таких наноструктур, что значительно расширяет потенциал для применения этого материала при создании новых эффективных светодиодов, лазеров, солнечных батарей и много другого. Интенсивное излучение из полученных учеными наноструктур говорит о высоком оптическом качестве нового материала.
«Результаты теоретических исследования впервые показали, что образование гетероструктур типа «стержень-оболочка» в бескатализных InGaN нитевидных нанокристаллах связано с периодическими изменениями условий роста на вершине таких наноструктур. Оказалось, что соотношение атомов III и V групп таблицы Менделеева на вершине изменяется даже во время роста одного монослоя такой наноструктуры», — пояснил руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
По словам физика Университета, на первом этапе роста нанокристалла условия сбалансированы, что позволяет преодолеть эффект разрыва растворимости и формироваться стержню нанокристалла, обогащенному индием. Затем условия меняются на обогащенные III группой, и механизм формирования оболочки меняется. При этом оболочка может быть эффективно удалена химическими методами без ухудшения качества стержня.
Отметим, что Сотрудники лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ занимаются изучением новых материалов для микроэлектроники: источников одиночных фотонов, эффективных светодиодов, солнечных элементов, лазеров, нанопьезогенераторов, а также интегрируют их с кремниевой платформой. Все эти достижения — продолжение работ по совершенствованию квантовых технологий для микроэлектроники, заложенной двумя нобелевскими лауреатами: выпускником СПбГУ, нобелевским лауреатом по химии Алексеем Екимовым и организатором и ректором СПбАУ Жоресом Алферовым. Подробнее о своей работе Родион Резник рассказывал в подкасте СПбГУ «Генрих Терагерц».
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно