В МИФИ предсказали свойства двумерного материала для космической электроники

Борнитраны – это нанопленки на основе нитрида бора, которые, благодаря необычным свойствам, могут применяться в оптоэлектронике, в том числе могут оказаться незаменимыми в космосе.

2D нитрид бора – один из самых известных двумерных материалов после графена. Он является структурным аналогом графена, но состоит не из углерода, а из его ближайших соседей по таблице Менделеева – бора и азота. Российские ученые высказали предположение, что под давлением из 2D нитрида бора можно получить ковалентно связанные нанопленки. Они назвали эти материалы «борнитранами» по аналогии с диаманами (диаманами называются алмазные «пленки» нанометровой толщины, которые были предсказаны российским ученым Леонидом Чернозатонским в 2009 г., и синтезированные в 2019 г.). Ученые из Бразилии ранее наблюдали подобные пленки при помощи атомного микроскопа, но их размер не превышал нескольких микрон.

«Особенно интересны «муаровые» борнитраны, в которых слои повернуты друг относительно друга на угол, близкий к 30 градусам. Из-за этого угла связи между слоями не могут быть одинаковыми по длине, как это имеет место в подавляющем большинстве кристаллов. В результате образуется множество напряженных межслоевых связей, длины которых отклоняются от равновесного значения. Это приводит к тому, что энергии электронов в материале концентрируются вблизи нескольких значений, что увеличивает вероятность их резонансного возбуждения светом. Это делает материал полезным для оптоэлектронных устройств, основанных на нелинейных резонансных эффектах», – рассказал соавтор работы, профессор кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике Константин Катин.

По мнению исследователей, другой отличительной особенностью муаровых борнитранов станет существование в них необычных электрон-дырочных пар. Внутри этих материалов электроны и дырки ведут себя не так, как в обычных полупроводниках, и энергия их взаимодействия уже не может описываться обычным законом Кулона.

Кроме того, свет подходящей поляризации может возбуждать только те электроны, спин которых направлен определенным образом. Это позволяет использовать ток спинов для передачи и хранения информации вместо обычного электрического тока. На основе этого эффекта в будущем можно создать быстродействующие спиновые транзисторы, логические схемы и элементы памяти. В отличие от обычных электронных устройств, спинтронные устройства не так чувствительны к дефектам в материале, благодаря чему они устойчивы к радиации и поэтому могут применяться в космосе.

«Сегодня мы ищем экспериментаторов, готовых синтезировать и исследовать борнитраны. Интересно, что гексагональный 2D нитрид бора впервые был получен на большой площади с участием российских учёных, учеников Леонида Чернозатонского», – добавил Константин Катин.