Вчені з центру фотоніки та двовимірних матеріалів мфті та їхні колеги з самари, індії та саудівської аравії розробили надчутливий фотодетектор на основі наношарів дисульфіду титану. Цей новий для оптоелектроніки матеріал поглинає більшу частину сонячного спектра і представляється перспективним не тільки для фотодетекторів, але і для нових фотокаталітичних елементів. Результати дослідження опубліковані в journal of materials research and technology.
Фотодетектори широко застосовуються в науці і телекомунікаціях. Завдяки швидкому зростанню оптоволоконних мереж великим попитом користуються високошвидкісні і високоефективні фотодетектори, що працюють в широкому діапазоні довжин хвиль: від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного. Фотодетектори інфрачервоного діапазону використовуються для дистанційного вимірювання температури, камер нічного бачення, в астрономії, а також для пристроїв розпізнавання мети.
Зазвичай комерційні фотодетектори роблять на основі напівпровідників. Важливі властивості фотодетекторів-робочий діапазон, ефективність, чутливість — залежать від ширини забороненої зони напівпровідника, швидкості і щільності носіїв струму. Дослідники використовують новітні наноматеріали та наноструктури для створення високопродуктивних фотодетекторів. Вчені звернули увагу на шаруваті кристали дисульфіду титану (tis2), які, подібно піролітичному графіту, можуть бути розшарувані аж до моношару.
Фото: кристал дисульфіду титану. Джерело: прабхаш мішра
Двовимірні шаруваті наноструктури дихалькогенідів перехідних металів мають унікальні електронні та оптоелектронні властивості. Ці матеріали мають перевагу перед графеном з точки зору налаштування ширини забороненої зони. Раніше в двовимірних шарах tis2 спостерігали виникнення струму при поглинанні світла. Сукупність цих властивостей мотивувала вчених на розробку фотодетектора на основі наношарів дисульфіду титану. На відміну від раніше вивчених двовимірних аналогів, фотодетектор на нанослоях не вимагав використання складних і дорогих технік виготовлення.
Фізики синтезували нанокристали дисульфіду титану методом хімічного газового транспорту, після чого ці шаруваті нанокристали були орієнтовані на робочій поверхні фотодетектора з використанням техніки діелектрофорезу. Вчені детально вивчили характеристики фотодетектора, висвітлюючи його світлодіодними лампами на різних довжинах хвиль з різною щільністю потужності випромінювання.
«створений нами фотодетектор показав себе стабільним надчутливим пристроєм з широким робочим діапазоном. Ми можемо сказати, що нанолісти tis2 можуть бути використані в якості чудового матеріалу для оптоелектронних пристроїв майбутнього”, – прокоментував результати дослідження доктор прабхаш мішра, старший науковий співробітник і переможець конкурсу провідних вчених з міжнародним досвідом програми 5-100 мфті.
Малюнок. (а) зображення робочої частини фотодетектора, отримане за допомогою скануючого електронного мікроскопа після вирівнювання мікрометрових нанослоєвдисульфіду титану між електродами. (b) принципова схема фотодетектора. Джерело: journal of materials research and technology
Валентин волков, директор центру фотоніки і двовимірних матеріалів мфті, резюмував: «ми також виявили, що розроблений матеріал може поглинати світло навіть в далекому інфрачервоному діапазоні. Сонячний спектр майже на 43% складається з інфрачервоного випромінювання. Зазвичай використовуються матеріали з широкою забороненою зоною, які поглинають світло тільки у видимій області, а більша частина енергії в інфрачервоній області залишається невикористаною. Нанолісти дисульфіду титану можуть бути використані як ефективний фотокаталітичний матеріал в іч-області спектра, наприклад, у реакції фотокаталізу для очищення води”.
Нанолісти дисульфіду титану виявилися багатообіцяючим матеріалом для оптоелектронних пристроїв. У сучасних технологіях існує високий попит на широкосмугові фотодетектори, які є економічними і простими у виготовленні, швидкими і надчутливими. Робочі характеристики розробленого фотоприймача задовольняють цим вимогам і перевершують наявні аналоги.
