назад
21 сентября

Созданы наноструктурированные пленки для новых композитных материалов

Ученые ЛЭТИ вместе с белорусскими коллегами синтезировали пористые пленки, состоящие из кристаллов титаната стронция. Они станут основной для композитов, которые позволят создать новые оптоэлектронные и сверхвысокочастотные устройства, а также элементы энергонезависимой памяти.

Применимость существующих материалов ограничена их свойствами: твердый — но хрупкий, пластичный — но быстро изнашивается. Чтобы расширить функциональные возможности, ученые создают композиты. Они соединяют разнородные вещества в единую структуру, и полученный материал наследует все или часть свойств своих «родителей».  Это дает возможность создавать системы с необходимыми для конкретных целей характеристиками. Композиты применяются в электронике, строительстве, медицине, энергетике и других областях.

Материалы с содержанием европия Eu3+ перспективны для использования в оптоэлектронных устройствах в качестве люминофоров благодаря своим фотолюминесцентным свойствам.  Спектр люминесценции зависит от состава материала, кристаллической структуры и наличия дефектов.

Оксидные соединения со структурой перовскита широко применяются в нелинейной оптике, электрооптических модуляторах, фотокатализе, тонкопленочных конденсаторах и запоминающих устройствах. Среди них и титанат стронция (SrTiO3) — хорошая матрица для Eu3+ благодаря своей радиационной стойкости и термической стабильности.

Научной группе удалось синтезировать многослойные структуры на основе пористого титаната стронция. Для этого они применили процесс золь-гель: коллоидный раствор, содержащий соединения титана и стронция, наносили на кремниевую подложку и высушивали. Процедуру повторяли несколько раз до достижения необходимой толщины. Для части пленочных образцов использовали чистый стронций, в другие добавили небольшое количество европия. Также ученые исследовали объемные образцы, состоящие из порошка SrTiO3:Eu.

В результате физики синтезировали структуру из зерен размером менее 30 нанометров. Благодаря мелким зернам и обилию пор система имеет большую площадь поверхности. Исследовав электрические характеристики полученных структур в широком диапазоне частот, ученые пришли к выводу, что SrTiO3 может выступать как перспективный материал оптоэлектроники, а также в качестве матрицы дальнейшего внедрения различных включений. В будущем, помещая в поры титаната стронция диэлектрические или магнитные материалы специалисты получат композиты с новыми, пока недостижимыми свойствами.

«Пористые наноструктурированные пленки титаната стронция, как и объемные порошки, содержащие европий, демонстрируют интенсивные полосы фотолюминесценции – на 612 и 588 нанометрах соответственно. Таким образом, первый из них можно использовать в качестве красного, а второй – в качестве желтого люминофора в оптоэлектронных устройствах. Кроме того, тонкопленочные структуры, в том числе пористый SrTiO3, обнаруживают свойства, представляющие интерес как для создания сверхвысокочастотных устройств (управляемых фильтров, фазовращателей, формирователей ультракоротких импульсов), так и элементов энергонезависимой памяти», рассказал профессор кафедры физической электроники и технологии СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Вилевич Тумаркин.

Исследования проводились совместно с коллегами из Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники (Минск, Беларусь), Национального исследовательского ядерного университета МИФИ (Москва), Рязанского государственного радиотехнического университета (Рязань), Бранденбургского университета прикладных наук (Бранденбург, Германия), Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по материаловедению (Минск, Беларусь).

  • #Новые материалы
Источник: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»