Неорганический полупроводник эластичен как металл

А.И. Курамшин

pic_2018_06_11.jpg
Слоистая структура полупроводника α-Ag2S

Совместная работа исследователей из Китая и Германии позволила создать полупроводник, пластичный, как большинство металлов, но при этом сохраняющий особые электронные свойства. Предполагается, что этот материал может быть полезен для разработки гибкой электроники, например для гибких манипуляторов робототехники («Nature Materials», 2018, 17, 421—426, doi: 10.1038/s41563-018-0047-z).

Большинство металлов пластичны, их можно вытянуть в тонкие провода, а полупроводники хрупкие — это свойство связано с их низкой электропроводностью. Внешние электроны металла в металлической кристаллической решетке образуют многоцентровые связи, которые не только позволяют перемещаться носителям заряда, но и делают проводник более податливым. Ионные или ковалентные связи, формирующиеся в полупроводниках, способствуют удержанию электронов на месте и не дают материалу изменять форму. Большая часть полупроводников разрушается при удлинении не более чем на 1%. Однако Лидун Чэнь и его коллеги из отделения Академии наук КНР в Шанхае обнаружили, что полупроводящий материал α-Ag2S более пластичен, чем многие сплавы металлов, хотя ширина его запрещенного слоя (энергия, необходимая для переноса электрона в область проводимости) почти такая же, как у кремния.

Совместно с Юри Грином и Ульрихом Буркхартом из Института химической физики твердого тела имени Макса Планка (Дрезден) китайские исследователи выяснили, что материал отличается сложной слоистой структурой, в которой отдельные атомы серебра, выходя из «своих» слоев, формируют полярные многоцентровые связи с атомами серы. При деформации кристалла эти атомы серебра могут изменять положение и тем самым позволяют кристаллу менять форму, не разрушаясь. В отличие от многослойных графена или дисульфида молибдена, в которых слои удерживаются только силами Ван-дер-Ваальса, в α-Ag2S разрушение связей между слоями энергетически невыгодно, и материал становится более пластичным и эластичным.

Исследователи уверены, что такой материал найдет применение во многих областях, например при создании гибких термоэлектрических устройств, которые, прилегая к коже носителя, смогут использовать тепло тела для выработки электричества. Грин надеется, что и другие ученые заинтересуются поисками новых материалов с аналогичным мотивом строения. По его словам, существует немало соединений, в которых наблюдается подобная миграция атомов или ионов, однако никто еще не пытался изучать эти вещества как полупроводники.



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2018) на с. 11.

Разные разности
Пингвины во сне
Все мы знаем, как важен сон. В этом смысле очень тяжело молодым мамам. Первый месяц-два, когда детеныша надо кормить каждые три часа, о ночном сне можно забыть. И это тяжело, женщины знают. А как животные с этим справляются? Например — птицы? Би...
Долгожители обязаны вирусам
Почему при прочих равных условиях одни доживают до ста лет, а другие — нет? Исследователи из Копенгагенского университета решили поискать ответ на этот вопрос в кишечнике долгожителей, а точнее — в том гигантском сообществе бактерий, которы...
Сердце требует движения
Огромное количество исследователей во всем мире изучает сердечно-сосудистые заболевания и пытается найти универсальное решение. И на самом деле все они сходятся в одном: универсальное решение есть, и это — движение.
Фантастический телескоп
Два года назад NASA запустило в космос уникальную инфракрасную обсерваторию, до сей поры невиданную — телескоп Джеймс Уэбб. Мы уже рассказывали об этом, но не грех и повторить, потому что это настоящее рукотворное чудо.