Команда известного физика Константина Новоселова из Университета Манчестера, получившего в 2010 году с Андреем Геймом Нобелевскую премию за открытие графена, разработала прототип устройств, которые в будущем смогут стать основой для новых полупрозрачных, гибких экранов и других систем вывода информации.
В последнее время научные интересы Гейма и Новоселова немного разошлись: Андрей продолжает заниматься новыми свойствами этого материала (о его мембранных качествах он рассказал «Газете.Ru» в ноябре), Константин сосредоточился на построении новых гетероструктур с его использованием. «После того как мы поняли, что есть такой стабильный материал, графен, толщиной всего в один атом, мы осознали, что он такой не один. Есть целый класс двумерных пленок, и мы довольно быстро переключились на них, потому сейчас графен занимает лишь четверть моей работы», — рассказал Новоселов «Газете.Ru».
Имея на руках целую «библиотеку» двумерных материалов, обладающих разными свойствами, от проводящих до изоляционных, от оптически активных до прозрачных, ученые решили складывать их в стопки, так называемые гетероструктуры, за открытие которых Жорес Алферов получил Нобелевскую премию в 2000 году. К таким веществам, например, относятся нитрид бора и дихалькогениды. Комбинируя слои в этих «пирогах», ученые могут получать физические свойства, которыми в отдельности каждый слой не обладает.
В работе, опубликованной в журнале Nature Materials, физики рассказали, как, сложив особым образом пленки нитрида бора, дисульфида молибдена и сульфида титана, создали гетероструктуру, способную люминесцировать при пропускании через нее электрического тока. Самому графену тут отведена довольно скромная роль: графеновые пленки тут используются как прозрачные электроды, к которым подводят ток.
Фактически получился светодиод, особенностью которого является возможность придавать ему заранее требуемые свойства, просто меняя состав многослойных гетероструктур.
При этом излучающий слой, один из стопки в 10–40 атомных слоев, испускает свет со всей своей поверхности. Пока ученым удалось получить светодиоды, излучающие в красном и инфракрасном диапазонах.
«Меняя материалы, мы можем контролировать частоту излучения, так как разные материалы дают разный цвет, и, более того, мы можем комбинировать эти цвета», — рассказал Новоселов. «Поскольку новый тип наших светодиодов состоит из нескольких двумерных пленок толщиной в один атом, то они прозрачны и гибки. Теперь мы раздумываем о новом поколении оптоэлектрических приборов — от прозрачных осветителей и лазеров до более сложных приспособлений», — сказал Фред Уиттерс, соавтор работы.
Как отмечают ученые, одним из преимуществ такой гетероструктуры является то, что для ее надстройки почти нет ограничений и лишь несколько примыкающих друг к другу слоев могут кодировать много функций всего устройства:
из десяти слоев получается светодиод, еще пять слоев — транзистор, а еще пять слоев — солнечная батарея и т.д.
При этом возможность гнуться для таких структур позволяет менять частоту или поляризацию излучаемого света в месте сгиба. Сфера возможных применений новой технологии очень широка. Многослойные светящиеся гетероструктуры могут дать импульс к производству нового поколения мобильных телефонов, планшетов и телевизоров, систем освещения, которые могут одновременно быть тонкими, легкими, эластичными и при этом долговечными.
«Диапазон возможностей гетероструктур будет расти по мере увеличения числа доступных двумерных кристаллов и улучшения их качеств», — считает Новоселов.