Ученые разработали прозрачный электрод — элемент, проводящий электрический ток, — на основе соединения германия и кальция, который повысил светочувствительность экспериментального фотодетектора на 85%. Такие электроды можно будет использовать в волоконно-оптических линиях передачи информации для более быстрого интернета, а также при создании покрытий для «умных» окон, которые смогут противостоять обледенению и запотеванию благодаря способности эффективно нагреваться при приложении небольшого электрического напряжения. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Applied Electronic Materials.
Оптоэлектронные устройства — приборы, преобразующие свет в электрический ток или наоборот, — все чаще используются в технике, информационных технологиях и медицине. Так, например, по оптоволокну можно с высокой скоростью передавать данные на большие расстояния, оптоэлектронные микросхемы позволяют сделать работу компьютеров быстрее и надежнее, а солнечные батареи получают все большее распространение с каждым годом. Для работы любых подобных устройств необходимы электроды — элементы, проводящие сгенерированный под действием света электрический ток. Исследования показали, что оптические приборы, в которых электроды хорошо пропускают через себя свет, эффективнее тех, в которых электроды непрозрачны. Однако ученым пока не удалось создать универсальные прозрачные электроды: обычно такие материалы обладают высокой прозрачностью только в каком-то определенном диапазоне, например в видимой или ближней инфракрасной области спектра, либо недостаточно хорошо проводят ток, что также отрицательно сказывается на их эффективности.
Ученые из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) впервые разработали электроды на основе дигерманида кальция — соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Авторы вырастили тонкие (толщиной в десятки тысяч раз меньше миллиметра) пленки этого материала, осаждая в вакуумной камере кальций и германий на подложку из оксида алюминия и проводя их температурную обработку при 750−850°C.
Исследователи оценили прозрачность полученных образцов, пропуская через них свет разных длин волн. Оказалось, что материал пропускает до 78% излучения, но преимущественно в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нанометров. Чтобы улучшить характеристики электродов, физики решили сделать с помощью лазера в пленке небольшие квадратные отверстия, так, чтобы на поверхности материала появился «клетчатый» узор. Такая лазерная обработка (перфорация) позволила повысить прозрачность электрода до 90%, особенно в видимой области спектра. В результате электрод стал прозрачным уже в более широком диапазоне длин световых волн: от 400 до 7000 нанометров, при этом обработка не оказала существенного влияния на его электрические характеристики.
«Лазерная обработка приводит к образованию полностью прозрачных микроотверстий, и, чем больше их плотность, тем выше общая прозрачность области с узором. В то же время чрезмерная перфорация обычно приводит к увеличению электрического сопротивления пленки — второй важной характеристики любого прозрачного проводящего электрода. Чем выше сопротивление, тем больше потери при пропускании тока через электрод. В этом отношении необходим баланс между оптическим пропусканием и электропроводностью», — объясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Кучмижак, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории прецизионных оптических методов измерений Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
Затем авторы протестировали работу новых электродов, включив их в конструкцию германиевого фотодетектора — устройства, улавливающего свет и преобразующего его в электрический сигнал. Эксперимент показал, что чувствительность такого прибора на электродах из дигерманида кальция на 85% превышает коммерческие аналоги. Кроме того, датчик оказался способен улавливать более широкий диапазон длин световых волн: 800–2200 нанометров по сравнению с 800–1900 у других подобных устройств.
«Самое очевидное и прямое применение полученных результатов — это развитие приборной базы телекоммуникационных технологий. Исследованные нами фотодетекторы и электроды чувствительнее аналогов, а также улавливают более широкий диапазон длин волн. Поэтому они помогут усовершенствовать линии оптической связи, например передачу интернет-трафика по оптоволокну», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.
По словам авторов, разработку также можно будет использовать при создании так называемых умных покрытий, которые, оставаясь оптически прозрачными, способны проводить электрический ток. Такие покрытия позволят создавать «умные» окна с функцией антизапотевания и антиобледенения, которые помогут существенно повысить энергоэффективность зданий.
Материал предоставлен пресс-службой Российского научного фонда
Летучие мыши из Аризоны несут генетическое наследие, насчитывающее тысячи лет
В пещере в Аризоне пятнистые летучие мыши имеют общую материнскую ДНК с летучими мышами, погибшими там 2100 лет назад, а большая часть их разнообразия обитает на юго-западе страны. Результаты нового…
Новый «суперлёд» в 10 раз прочнее, что приближает его к прочности бетона
Во время Второй мировой войны британский Королевский флот экспериментировал с идеей использования льда, армированного древесной целлюлозой, для строительства авианосца. Композитный материал, известный как пикрет, по-видимому, был таким же прочным, как…
Ученые превратили яичную скорлупу в новое средство защиты от космического мусора
В ходе моделирования защитный экран от космического мусора, состоящий из полых металлических яиц, снизил скорость снаряда на 64,9 процента, что значительно превышает показатель в 51 процент, достигнутый плоской пластиной. Результаты…
Повреждение школы в Калужской области и 604 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства противовоздушной обороны в течение ночи сбили 604 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Школа, два частных дома и один автомобиль получили повреждения в результате атаки дронов…
Поражены предприятия ВПК, логистические центры и объекты ж/д инфраструктуры. Удары ВС РФ по объектам на Украине
Российские войска в ходе ночных групповых ударов поразили предприятия военно-промышленного комплекса, логистические центры, а также объекты железнодорожной и портовой инфраструктуры Украины. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное…
В Хиросиме нашли неизвестные киноматериалы о последствиях атомных бомбардировок
Неизвестные ранее киноматериалы, на которых запечатлены последствия американских атомных бомбардировок, обнаружены в Библиотеке визуальной культуры города Хиросима. Об этом объявила администрация этого учреждения. Найденные материалы были отсняты по указанию американских…
Европа заявила о предательстве со стороны США в войне до последнего украинца
Дизельная сделка США и РФ привела европейцев в состояние шока. Украина и лидеры ЕС недовольны готовн...
Сожженные цветы указывают на погребальные ритуалы бронзового века на Кипре
Обгоревшие зерна и цветущие растения, найденные в гробницах бронзового века на Кипре, указывают на и...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".