В Красноярском научном центре СО РАН ученые сделали важный шаг вперед в сфере нанотехнологий, разработав инновационный способ синтеза нанокристаллов силицида железа с чётко заданной геометрией. Созданный метод позволяет формировать нанопластины прямоугольной и треугольной формы с высокой степенью контроля, что открывает широкие горизонты для применения данных структур в современной электронике, фотонике и инфракрасной оптоэлектронике.
Уникальная методика синтеза нанокристаллов
Специалисты выяснили, что добавление наночастиц золота на поверхность кремниевых подложек оказывает решающее влияние на морфологию образующихся кристаллов. В ходе экспериментов ученые последовательно наносили слой золота, после чего производили осаждение железа и кремния в необходимых пропорциях. Различия в формах и размерах синтезируемых нанокристаллов напрямую обусловлены этим золотистым слоем толщиной всего в несколько нанометров.
Детальные исследования показали, что частицы золота на поверхности кремния становятся своеобразными центрами для дальнейшего роста кристаллов. Именно они задают предпочтительную ориентацию и форму растущего объекта. Этот феномен позволяет получать нанокристаллы размером от 30 до 1500 нанометров, которые могут быть как прямоугольными, так и треугольными.
Простые элементы – большие возможности
Железо и кремний – легко доступные и распространённые элементы в природе. Их сочетание образует материалы, обладающие высокой экологической безопасностью и пригодные для создания наноструктур с уникальными свойствами. Такие композитные нанокристаллы востребованы в электронике, для передачи и обработки сигналов в различных устройствах, в том числе и в инфракрасной области спектра.
Главной особенностью нового метода стал именно контроль формы и структуры нанокристаллов, что сильно расширяет область возможных применений. Полученные нанопластины – это заготовки, на основе которых можно создавать наноразмерные контакты, нанопроволоки и светоизлучающие элементы.
Роль золота в формировании нанопластин
Инновационный подход строится на уникальных химико-физических свойствах золота как катализатора. Когда его атомы распределяются по поверхности подложки, они не просто облегчают нуклеацию будущих кристаллов, но и оказывают влияние на их дальнейший рост. Это приводит к перераспределению атомов на разных гранях формирующегося кристалла: рост вверх замедляется, а на боковых поверхностях, напротив, ускоряется. Благодаря этому процессу на кремниевых пластинах возникают наноструктуры с желаемыми очертаниями, причем такие эффекты возможны только при использовании золота.
Тем самым научная группа смогла продемонстрировать новый способ управления кристаллической формой наноматериалов, исключающий сложные многократные технологические циклы. Простота и воспроизводимость нового метода – его безусловные преимущества.
Прикладное значение и перспективы инновации
Созданные нанокристаллы являются идеальными кандидатами для использования в наноэлектронных устройствах и оптоэлектронике будущего. По словам ведущего научного сотрудника Красноярского научного центра СО РАН Ивана Тарасова, материалы с разной огранкой могут стать основой для сверхтонких электрических контактов в полупроводниках, где требуется впечатляюще низкое сопротивление. С их помощью возможно соединять различные материалы с кремнием — ключевым элементом электронной промышленности, а также применять в качестве основы для инфракрасных светодиодов, лазерных диодов, используемых в волоконно-оптических системах связи.
Также эти нанокристаллы успешно подходят для дальнейшего синтеза новых композитных материалов и наночастиц, расширяя возможности создания высокотехнологичной продукции для самых разных отраслей науки и промышленности.
Вклад научных фондов и регионального правительства
Достигнутые результаты стали возможными благодаря поддержке Российской науки: проекты финансировались Российским научным фондом, Российским фондом фундаментальных исследований, а также Правительством Красноярского края. Такое тесное сотрудничество науки и государственных структур обеспечивает устойчивое развитие стратегически важных исследований, результатами которых уже сегодня могут воспользоваться отечественные и зарубежные инженеры и технологи.
Значимость вклада Красноярского научного центра СО РАН возрастает с каждым годом, ведь именно здесь рождаются инновационные решения для будущего отечественной и мировой промышленности. Работа ученых служит наглядным примером того, как региональные проекты могут иметь глобальное значение и приносить практические плоды как для Красноярского края, так и для всей России.
Новые горизонты для нанотехнологий
Разработка контролируемого получения нанокристаллов силицида железа – это не только очередной научный успех, но и фундамент для широкого круга будущих открытий. В перспективе метод позволяет разрабатывать безопасные и эффективные светогенерирующие устройства, компактные компоненты для микроэлектронных схем и наночастицы с заданными характеристиками. Открытие уже вызвало интерес среди научного сообщества и представителей высокотехнологичного бизнеса, ведь за ним стоят огромные перспективы технологического роста, повышения конкурентоспособности отечественной промышленности и научного престижа России.
Позитивные результаты, полученные командой Иван Тарасова, вселяют уверенность в том, что российские ученые готовы создавать передовые решения мирового уровня и активно формировать новый облик нанотехнологий. Вместе с поддержкой Российского научного фонда, Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Красноярского края будущее отечественной науки выглядит особенно ярким и динамичным.
Источник: scientificrussia.ru
