Твердые, прозрачные, электропроводящие и дешевые: стоимость новых материалов составляет лишь около 5% от цены аналогов, которые используются в дисплеях сегодня. Они могут найти применение в мониторах, телевизорах, смартфонах и даже «умных окнах» будущего.
Подавляющее большинство дисплеев в современных гаджетах используют прозрачные проводящие пленки на основе оксида индия-олова (ITO). Без преувеличения можно сказать, что от этого соединения зависит вся огромная индустрия, недаром цена на него за последние годы взлетела в разы, на пике (в 2006 г.) достигая 1 тыс. долларов за килограмм. По некоторым оценкам, на ITO приходится до 40% себестоимости смартфона или планшета, и в то время, как цена модулей памяти, процессоров и других компонентов продолжает падать, ITO дешеветь и не собирается.
Возможно, эти обстоятельства и подтолкнули разработчиков Государственного университета Пенсильвании к поискам аналогов, которые могли бы заменить ITO в современных гаджетах. И это им удалось: подходящий дешевый, простой в производстве, прочный, прозрачный и электропроводящий материал нашелся в интересной группе коррелированных материалов.
В обычном металле, будь то медь, алюминий или железо, атомы образуют кристаллическую решетку, оставляя электроны свободными, и те двигаются по металлу, подобно облаку газа, практически не взаимодействуя друг с другом. В коррелированных же материалах (известным примером является распространенный минерал перовскит) движение электронов больше напоминает течение жидкости. Свойства таких материалов во многом определяются взаимодействиями электронов друг с другом.
«Мы старались добиться прозрачности, варьируя эффективную массу электронов, – говорит Роман Энгель-Герберт (Roman Engel-Herbert), один из авторов разработки. – Для этого мы искали материалы, в которых электростатические взаимодействия между электронами были бы намного больше, чем их кинетическая энергия». И это им удалось, изучив ванадат стронция и ванадат кальция. Ванадаты прозрачны, сохраняют электропроводящие свойства и куда дешевле ITO: эти металлы более распространены в природе, и цена ванадия (пока) составляет всего около 25 долларов за килограмм, а стронций и того дешевле.
«Теперь перед нами встает вопрос внедрения новых материалов в массовое производство, – говорит Энгель-Герберт. – Но, насколько мы можем судить, нет никаких проблем с тем, чтобы заменить ITO на ванадат даже на имеющемся оборудовании». Об уверенности разработчиков говорит уже тот факт, что они подали заявку на патентование нового материала и предлагают использовать его не только в смартфонах, но и других устройствах, включая полупрозрачные окна, генерирующие энергию из солнечного излучения.
