Ученые обычно ищут бездефектные наноструктуры. Тем не менее, в этом случае исследователь UPV / EHU Анхель Рубио и его сотрудники максимально использовали структурные дефекты в нанотрубках нитрида бора. Результатом его исследования стал новый источник света, который можно легко включить в современные технологии микроэлектроники.
В результате исследования был получен патент.
Нитрид бора является многообещающим материалом в области нанотехнологий благодаря своим прекрасным изоляционным свойствам, сопротивлению и двумерной структуре, подобной графену. В частности, свойства гексагонального нитрида бора, являющегося предметом настоящего исследования, намного превосходят свойства других металлов и полупроводников, которые в настоящее время используются в качестве излучателей света, например, в приложениях, связанных с оптическими накопителями (DVD) или коммуникациями. «Он чрезвычайно эффективен в отношении излучения ультрафиолетового света, один из лучших в настоящее время на рынке», – отметил исследователь UPV / EHU Анхель Рубио.
Однако световое излучение нанотрубок нитрида бора происходит в очень ограниченном диапазоне ультрафиолетового спектра, что означает, что они не могут использоваться в приложениях, в которых излучение должно производиться в более широком диапазоне частот и контролируемым образом (для пример в приложениях, использующих видимый свет).
Исследование, проведенное группой NanoBio Spectroscopy Group UPV / EHU, позволило найти решение, позволяющее преодолеть это ограничение и открыть двери для использования нанотрубок гексагонального нитрида бора в коммерческих целях.
Они показали, что, применяя электрическое поле, перпендикулярное нанотрубке, можно заставить последнюю излучать свет во всем спектре от инфракрасного до далекого ультрафиолета и управлять им простым способом.
Такую простоту управления можно найти только в нанотрубках из-за их цилиндрической геометрии (это трубчатые структуры с длиной порядка микрометров и диаметром порядка нанометров).
Rubio работает с нанотрубками нитрида бора почти 20 лет. «Мы предложили их теоретически, а потом их нашли экспериментально.
Пока все наши теоретические предсказания подтвердились, и это очень отрадно », – пояснил он. Как только стали известны свойства слоистого гексагонального нитрида бора и его чрезвычайно высокая эффективность в отношении излучения света, это исследование стремилось показать, что эти свойства не теряются в нанотрубках. «Мы знали, что когда лист скатывается и образуется трубка, возникает сильная связь с электрическим полем, что позволяет нам изменять световое излучение. Мы хотели показать, «и они действительно показали», что эффективность излучения света не теряется из-за того, что нанотрубка была сформирована, и что она также поддается контролю."
Отсутствие бора
Устройство работает на основе использования естественных (или индуцированных) дефектов в нанотрубках нитрида бора. В частности, дефекты, обеспечивающие контролируемое излучение, – это зазоры, которые появляются в стенке нанотрубки из-за отсутствия атома бора, что является наиболее распространенным дефектом при ее изготовлении. «Все нанотрубки очень похожи, но тот факт, что у вас есть эти дефекты, делает систему работоспособной и эффективной, и, более того, чем больше у вас дефектов, тем лучше она функционирует."
Рубио подчеркнул «простоту» предложенного устройства. "Это устройство, которое функционирует с дефектами, оно не обязательно должно быть чистым, и его очень легко построить и контролировать.«Нанотрубки могут быть синтезированы с использованием стандартных методов в научном сообществе для производства неорганических нанотрубок; синтезированные в результате структуры имеют естественные дефекты, и при желании можно включить больше с помощью простых процессов облучения после синтеза. «Он имеет традиционную конфигурацию транзисторов, и то, что мы предлагаем, будет работать с современными электронными устройствами», – подчеркнул он. «Менее привлекательной» частью, как указывает Рубио, является то, что нанотрубки из нитрида бора по-прежнему производятся только в очень малых количествах, и пока еще нет экономически жизнеспособного процесса синтеза в промышленных масштабах.
Помимо графена
Рубио не сомневается в потенциале новых материалов на основе двумерных систем и, в частности, соединений, предлагающих альтернативу графену, таких как, например, гексагональный нитрид бора. Без ущерба для графена, Рубио считает, что альтернативное поле могло бы иметь больший потенциал в долгосрочной перспективе и его необходимо изучить: «Это поле было активным в течение последних пятнадцати лет, хотя оно было менее заметным. Мы работаем с гексагональным нитридом бора с 1994 года, это как наш ребенок, и я считаю, что он открыл привлекательную область исследований, к которой присоединяется все больше и больше групп."