Исследователи из Сколтеха, Университета
Тромсё – Арктического университета Норвегии, Института химии твёрдого тела и
механохимии СО РАН и их коллеги выполнили теоретический анализ свойств
сверхтонких алмазных плёнок и определили, какие из них наиболее пригодны для
дисплеев с автоэлектронной эмиссией. Эту разновидность плоских экранов
первоначально разрабатывали наравне с господствующими сейчас
жидкокристаллическими дисплеями. И, возможно, альтернативную технологию рано
списывать со счетов. Потенциальные преимущества – низкое энергопотребление,
широкий угол обзора и безынерционность: пиксели меняют цвет быстро.
Исследование опубликовано в журнале первого квартиля ACS Applied Materials
& Interfaces (IF 10,38).
Источник: Кристиан Тантардини и др./ACS
Applied Materials & Interfaces.
Диаман – сверхтонкая алмазная плёнка, которая
получается, если положить друг на друга два и более слоя графена и присоединить
к внешним поверхностям этой многоэтажной конструкции атомы фтора, водорода или
некоторых других элементов. В результате графен искривляется и его слои
соединяются в плоский алмаз. Как раз такой материал может по своим электронным
свойствам подойти для дисплеев компьютеров, телефонов, телевизоров и т. д. с
автоэлектронной эмиссией. Однако свойства диаманов трудно поддаются вычислению
и зависят от многих параметров.
Старший преподаватель Сколтеха Александр
Квашнин из Проектного центра по энергопереходу защитил кандидатскую
диссертацию на тему свойств диаманов и выступил одним из авторов нового
исследования, которое он прокомментировал так: «Мы рассмотрели различные
диаманы с точки зрения влияния ряда факторов на их электронные свойства, а
значит и на их применимость в дисплеях с автоэлектронной эмиссией. Всего было
рассмотрено 60 сверхтонких алмазных плёнок – это число получается, если
перемножить три переменные. Во-первых, количество слоёв углерода могло быть от
одного до шести. Во-вторых, тип атомов, покрывающих поверхность плёнок: фтор
или водород. В-третьих, слои графена можно двигать относительно друг друга, в
данном случае изучались пять вариантов их взаимной ориентации».
Ключевая характеристика, которую исследователи
рассчитали для каждой из 60 конфигураций диамана, – сколько энергии требуется,
чтобы выбить электрон с поверхности алмазной плёнки. Этот параметр важен для
дисплеев с автоэмиссией, поскольку излучение электронов как раз используется в
них, чтобы зажигать пиксели, из которых складывается изображение на экране. Чем
меньше энергии при этом расходуется, тем лучше, а зависит эта величина от так
называемой запрещённой зоны материала: какие энергетические состояния в нём
доступны электронам, а какие нет. Запрещённая зона тоже рассчитывалась и
исследовалась авторами статьи. Вывод: наиболее подходящая для дисплеев
конфигурация диамана – шесть слоёв, гидрирование (то есть водород, а не фтор) и
ориентация углеродной плёнки с поверхностью (2̅110).
Диаман – сверхтонкая алмазная плёнка из
атомов углерода (серые шарики), которые перешли из графеновой в алмазную кристаллическую
структуру из-за того, что часть связей оказалась занята атомами фтора (розовые
шарики). До присоединения к внешним поверхностям атомов фтора, углерод пребывал
в форме двух плоских слоёв с решёткой в виде шестиугольных сот. Источник: Сколтех.
Старший научный сотрудник Кристиан
Тантардини из ИХТТМ СО РАН и Арктического университета Норвегии –
первый автор исследования и выпускник аспирантуры Сколтеха. Он рассказал:
«Помимо электронных свойств нами были определены поверхностные дипольные моменты
посредством создания полуколичественного подхода на основе шкалы
электроотрицательности, разработанной мной и профессором Огановым в Сколтехе.
Данный подход позволяет избежать сложных и долгих первопринципных расчётов и
спрогнозировать реакционную способность поверхности новых двумерных
материалов».
Поверхностные дипольные моменты влияют на
электронные свойства диаманов, в том числе на эмиссию электронов, поэтому
полученная информация ценна для разработки дисплеев с автоэлектронной эмиссией
и подбора альтернативных материалов для этих устройств.
Источник: Сколтех.