Физики СПбГУ открыли новый полупроводниковый материал с кристаллической решеткой в виде японского узора

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.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Сhemistry of Materials.

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.

Исследование выполнялось коллективом лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, в ресурсных центрах «Рентгенодифракционные методы исследований», «Нанофотоника», «Фотоактивные нанокомпозитные материалы» Научного парка СПбГУ.

Электронные свойства «сот» были смоделированы в Университете Крита под руководством профессора Джорджа Копидакиса, а расчеты электронной зонной структуры показали наличие топологических состояний, близких к зоне проводимости: зон «кагомэ».

Как отметил руководитель лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, профессор Университета Крита Консантинос Стомпос, присутствие таких зон в исследуемом соединении удивило ученых, поскольку соединение является представителем неметаллических и немагнитных материалов.

«Надеемся, что будущие эксперименты с внешним воздействием позволят подтвердить нашу гипотезу о том, что (3‑CF₃pyH)₂(3‑CF₃py)Pb₃I₈ является перспективным квантовым материалом», — пояснил Консантинос Стомпос.

Санкт‑Петербургский государственный университет — старейший университет России — был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — научный, образовательный и культурный центр мирового уровня. В 2024 году Санкт‑Петербургский университет отметил свой 300‑летний юбилей.

План мероприятий в рамках празднования юбилея Университета был утвержден на заседании оргкомитета по празднованию 300‑летия СПбГУ, которое провел заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Николаевич Чернышенко. Среди таких мероприятий — присвоение малой планете имени в честь СПбГУ, выпуск банковских карт со специальным дизайном, брендирование самолета авиакомпании «Россия» и многое другое. В честь 300‑летия Санкт‑Петербургского государственного университета в почтовое обращение вышла марка, на которой изображены здание Двенадцати коллегий и памятник графу С. С. Уварову. Также с космодрома Байконур была запущена ракета «Союз» с символикой Университета.

По решению губернатора Санкт‑Петербурга Александра Дмитриевича Беглова 2024 год в Северной столице объявлен годом Санкт‑Петербургского университета. В день 300‑летия СПбГУ на Ростральных колоннах зажгли факелы. Дворцовый мост украсили флаги Университета, а общественный транспорт — его символика. В мае 2024 года Университет впервые принял участие в праздновании Дня города и стал отдельной площадкой для мероприятий. Также СПбГУ запустил сайт, посвященный юбилею, с информацией о выдающихся универсантах, научных достижениях и подробностях празднования.