© СПбГУ. Схема кристаллической решетки нового полупроводника в виде узора «кагомэ»
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета вместе с коллегами из Университета Крита (Греция) открыли новый перовскитоподбный полупроводник с кристаллической решеткой в виде шестиугольных сот. Исследование проводилось в лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Сhemistry of Materials.
Галогенидные перовскиты — это полупроводники, отличающиеся эффективным взаимодействием со светом, а также простым и дешевым синтезом. Комбинация этих свойств делает их перспективными для применения в устройствах фотоники и оптоэлектроники — от солнечных батарей до лазеров.
Кристаллическая структура таких полупроводников представляет собой каркас из соединенных вершинами октаэдров с полостями, заполненными неорганическими катионами или органическими молекулами-катионами небольшого размера. Ученые используют перовскитную решетку для создания перовскитоподобных кристаллов, в которых помимо «классического» соединения вершинами возможны и другие — ребрами или гранями.
Для этого при синтезе используются большие органические катионы, например катион 3-цианопиридиния, который уже позволил ученым Санкт‑Петербургского университета стабилизировать решетку постперовскита. Необычные узоры решеток наделяют такие соединения новыми свойствами, связанными с квантово-механическими и топологическими эффектами.
Старший научный сотрудник лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Никита Иванович Селиванов синтезировал новое перовскитоподобное соединение с химической формулой (3-CF3pyH)2(3-CF3py)Pb3I8 и изучил его основные оптические свойства. Оказалось, что соединение обладает редкой сотовой структурой «кагомэ», получившей название в честь традиционного японского узора для плетения бамбуковых корзин. Синтезированное учеными университета соединение имеет такой же шестиугольный сотовый узор. Каналы «сот» заполнены попеременно нейтральными молекулами 3‑фторметилпиридина и соответствующими органическими катионами.
«Изучая такую экстравагантную структуру, мы поняли, что при комнатной температуре исследуемый материал не светится, тогда как при температуре жидкого азота (−196°С) обладает интенсивным свечением с широким спектром», — рассказала инженер-исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Анна Самсонова.
Электронные свойства «сот» были смоделированы в Университете Крита под руководством профессора Джорджа Копидакиса, а расчеты электронной зонной структуры показали наличие топологических состояний, близких к зоне проводимости: зон «кагомэ».
Как отметил руководитель лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, профессор Университета Крита Консантинос Стомпос, присутствие таких зон в исследуемом соединении удивило ученых, поскольку соединение является представителем неметаллических и немагнитных материалов.
«Надеемся, что будущие эксперименты с внешним воздействием позволят подтвердить нашу гипотезу о том, что (3-CF3pyH)2(3-CF3py)Pb3I8 является перспективным квантовым материалом», — пояснил Консантинос Стомпос.
Исследование выполнялось коллективом лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, в ресурсных центрах «Рентгенодифракционные методы исследований», «Нанофотоника», «Фотоактивные нанокомпозитные материалы» Научного парка СПбГУ.
Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ
