Ученые из Центра фотоники и квантовых материалов Сколтеха разработали новый способ для тонкой настройки оптоэлектрических характеристик однослойных углеродных нанотрубок. Метод основан на аэрозольном нанесении на поверхность нанотрубок легирующих элементов, изменяющих их свойства. Полученные результаты значительно расширяют возможности для применения однослойных углеродных нанотрубок в оптоэлектронике. Исследование опубликовано в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Появление в этом году на рынке гибких экранов послужило большим толчком к разработке новых материалов с уникальными характеристиками. В будущем такие материалы позволят создавать электронику почти с любыми формами и размерами. Прозрачные и проводящие пленки на основе наиболее перспективного материала — однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), рассматриваются как базовый элемент гибкой и прозрачной электроники. При сравнении с традиционными для индустрии негибкими прозрачными проводниками n-типа (такими как, например, оксид индия легированный оловом или оксид цинка легированный алюминием), ОУНТ гибкие и растягиваемые, и к тому же они первоначально обладают проводимостью p-типа (носителями заряда служат не электроны, а дырки). Основное препятствие, мешающие повсеместному использованию ОУНТ в индустрии — сложность в контроле их электронных характеристик, что часто необходимо, особенно в оптоэлектронике, где требуется контролировать проводимость и положение уровня Ферми — важной характеристики состояния электронов.

Углеродные нанотрубки обычно легируют — вносят в них примесь другого вещества.

“На данный момент для увеличения проводимости ОУНТ наиболее часто используют один из трех методов нанесения легирующих элементов: прокапывание, раскрутка или погружение в раствор. Хотя эти методы и позволяют значительно снизить (в 15 раз) сопротивление ОУНТ пленок, полученных после синтеза, они обладают рядом недостатков, среди которых — пространственная неоднородность и сложность масштабирования. Все это приводит к неравномерному испарению растворителя и, следовательно, к эффекту кофейных колец на поверхности пленки. Также ни один из перечисленных методов не позволяет контролировать положение уровня Ферми для пленок из ОУНТ”, ‒ рассказывает аспирант Сколтеха Алексей Цапенко.

Ученые из лаборатории профессора Сколтеха Альберта Насибулина разработали новый аэрозольный подход для равномерного, контролируемого и легко воспроизводимого легирования ОУНТ. Характеристики, которых удалось добиться с помощью нового метода открывают новые возможности для гибкой и прозрачной электроники, как в замене ныне широко распространенных, но не гибких прозрачных проводников на основе оксидов металлов, так и в разработке новых приложений на основе высокопроводящих прозрачных пленок.

“Наш метод позволяет легко настраивать требуемые параметры для пленок из ОУНТ. Все это достигается путем варьирования времени осаждения аэрозольных частиц содержащих легирующие элементы”, — поясняет Алексей.

Команда исследователей, работавших над проектом, отмечает, что разработанный подход может быть применен не только для углеродных нанотрубок, но и для тонкой настройки электронной структуры других низко-размерных материалов.