Определена структура самого мелкого нанокристалла-полупроводника

Ученые из Института фундаментальных наук (Южная Корея), Сямэньского университета (Китай) и Университета Торонто (Канада) определили структуру самого мелкого нанокристалла-полупроводника, который состоит всего из 27 атомов. Это поможет в синтезе и характеризации других подобных нанокристаллов. Исследование опубликовано в журнале Chem.

Полупроводники — это материалы, которые по удельной проводимости занимают место между проводниками и диэлектриками. Технологический процесс с конца XX века во многом полагался на развитие индустрии полупроводников. Сейчас особое внимание получают нанокристаллы-полупроводники, которые могут найти применение как фотокатализаторы, составляющие дисплеев и других электронных устройств. Нанокристаллы образуются на основе нанокластеров, которые состоят из нескольких атомов, и их структуру достаточно трудно определить. Чтобы вырастить одинаковые нанокристаллы, важно научиться получать нанокластеры гомогенных размеров, что тоже затруднительно. В последние годы большое внимание начинают получать нанокластеры на основе металлов и халькогенидов. Например, не так давно были синтезированы нанокластеры Cd₁₃Se₁₃, Cd₃₃Se₃₃, Cd₃₄Se₃₄.

Ученым удалось синтезировать и охарактеризовать нанокластерCd₁₃Se₁₃. В растворе эти нанокластеры имели одинаковый размер, а состав соответствовал стехиометрической формуле. Исследователи отметили, что для достижения таких показателей важны растворители. В данном случае использовались четвертичные диамины и дихлорметан, которые способствуют самосборке нанокластеров. Ученые подтвердили состав полученных нанокластеров с помощью данных рентгеновской дифракции, масс-спектроскопии и ЯМР. Cd₁₃Se₁₃ имел сферическую форму, а размер частиц достигал 0,9 нм. Исследователям также удалось определить структуру нанокластера, которую можно назвать «ядро — клетка». В центре кластера находится атом селена, который окружен клеткой Cd₁₃Se₁₂. Ее структура похожа на алмаз. Такое строение нанокластера может помочь в синтезе нанокристаллов с особыми свойствами. Ученые также зафиксировали, что нанокластер проявляет склонность к фотолюминесценции, что связано с квантово-размерными эффектами.

Ученые получили кластер Cd₁₃Se₁₃ из кластера Cd₃₄Se₃₃. При этом оба этих кластера можно допировать, то есть модифицировать, путем замещения двух атомов на атомы марганца. Это позволяет улучшить фотолюминесцентные свойства кластеров.

Работа способствует развитию методов синтеза одноразмерных полупроводниковых нанокластеров, а также демонстрирует способ определения атомной структуры таких кластеров. В будущем такие сведения помогут ученым понять механизм роста нанокристаллов. Исследователи планируют также определить структуру нанокластера Cd₃₄Se₃₃, а также определить, как размер, структура и возможность допирования этих структур влияют на применение нанокристаллов в оптоэлектронике, фотокатализе и спинтронике.

Ученые из Института фундаментальных наук (Южная Корея), Сямэньского университета (Китай) и Университета Торонто (Канада) определили структуру самого мелкого нанокристалла-полупроводника, который состоит всего из 27 атомов. Это поможет в синтезе и характеризации других подобных нанокристаллов. Исследование опубликовано в журнале Chem.

Полупроводники — это материалы, которые по удельной проводимости занимают место между проводниками и диэлектриками. Технологический процесс с конца XX века во многом полагался на развитие индустрии полупроводников. Сейчас особое внимание получают нанокристаллы-полупроводники, которые могут найти применение как фотокатализаторы, составляющие дисплеев и других электронных устройств. Нанокристаллы образуются на основе нанокластеров, которые состоят из нескольких атомов, и их структуру достаточно трудно определить. Чтобы вырастить одинаковые нанокристаллы, важно научиться получать нанокластеры гомогенных размеров, что тоже затруднительно. В последние годы большое внимание начинают получать нанокластеры на основе металлов и халькогенидов. Например, не так давно были синтезированы нанокластеры Cd13Se13, Cd33Se33, Cd34Se34.

Ученым удалось синтезировать и охарактеризовать нанокластер Cd14Se13. В растворе эти нанокластеры имели одинаковый размер, а состав соответствовал стехиометрической формуле. Исследователи отметили, что для достижения таких показателей важны растворители. В данном случае использовались четвертичные диамины и дихлорметан, которые способствуют самосборке нанокластеров. Ученые подтвердили состав полученных нанокластеров с помощью данных рентгеновской дифракции, масс-спектроскопии и ЯМР. Cd14Se13 имел сферическую форму, а размер частиц достигал 0,9 нм. Исследователям также удалось определить структуру нанокластера, которую можно назвать «ядро — клетка». В центре кластера находится атом селена, который окружен клеткой Cd14Se12. Ее структура похожа на алмаз. Такое строение нанокластера может помочь в синтезе нанокристаллов с особыми свойствами. Ученые также зафиксировали, что нанокластер проявляет склонность к фотолюминесценции, что связано с квантово-размерными эффектами.

Ученые получили кластер Cd14Se13 из кластера Cd34Se33. При этом оба этих кластера можно допировать, то есть модифицировать, путем замещения двух атомов на атомы марганца. Это позволяет улучшить фотолюминесцентные свойства кластеров.

Работа способствует развитию методов синтеза одноразмерных полупроводниковых нанокластеров, а также демонстрирует способ определения атомной структуры таких кластеров. В будущем такие сведения помогут ученым понять механизм роста нанокристаллов. Исследователи планируют также определить структуру нанокластера Cd34Se33, а также определить, как размер, структура и возможность допирования этих структур влияют на применение нанокристаллов в оптоэлектронике, фотокатализе и спинтронике.