Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета вместе с коллегами из Университета Крита (Греция) открыли новый перовскитоподбный полупроводник с кристаллической решеткой в виде шестиугольных сот. Исследование проводилось в лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
 |
| Схема кристаллической решетки нового полупроводника в виде узора «кагомэ». |
Галогенидные перовскиты — это полупроводники, отличающиеся эффективным взаимодействием со светом, а также простым и дешевым синтезом. Комбинация этих свойств делает их перспективными для применения в устройствах фотоники и оптоэлектроники — от солнечных батарей до лазеров.
Кристаллическая структура таких полупроводников представляет собой каркас из соединенных вершинами октаэдров с полостями, заполненными неорганическими катионами или органическими молекулами‑катионами небольшого размера. Ученые используют перовскитную решетку для создания перовскитоподобных кристаллов, в которых помимо «классического» соединения вершинами возможны и другие — ребрами или гранями.
Для этого при синтезе используются большие органические катионы, например катион 3‑цианопиридиния, который уже позволил ученым Санкт‑Петербургского университета стабилизировать решетку постперовскита. Необычные узоры решеток наделяют такие соединения новыми свойствами, связанными с квантово‑механическими и топологическими эффектами.
Старший научный сотрудник лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Никита Иванович Селиванов синтезировал новое перовскитоподобное соединение с химической формулой (3‑CF3pyH)2(3‑CF3py)Pb3I8 и изучил его основные оптические свойства. Оказалось, что соединение обладает редкой сотовой структурой «кагомэ», получившей название в честь традиционного японского узора для плетения бамбуковых корзин. Синтезированное учеными Университета соединение имеет такой же шестиугольный сотовый узор. Каналы «сот» заполнены попеременно нейтральными молекулами 3‑фторметилпиридина и соответствующими органическими катионами.
«Изучая такую экстравагантную структуру, мы поняли, что при комнатной температуре исследуемый материал не светится, тогда как при температуре жидкого азота (−196 °С) обладает интенсивным свечением с широким спектром», — рассказала инженер‑исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Анна Самсонова.