Коллектив из 20 ученых, среди которых сотрудники УрФУ Татьяна Кузнецова, Виктория Пряхина, Александр Есин и Владимир Шур, решили проблему контролируемого синтеза тонких пленок полупроводниковых высших силицидов марганца и предложили новый подход к получению этих материалов. Вещества могут применяться в термоэлектрических преобразователях и других приборах.
«В ходе исследования свойств новой фазы силицида марганца мы получили довольно интересные результаты. Однако самое важное — это то, что оправдал ожидание метод, который мы разработали для синтеза таких пленок. В дальнейшем мы будем его совершенствовать и планируем применять для получения различных силицидов, которые будут обладать свойствами, необходимыми для работы в реальных термоэлектрических и фотовольтаических устройствах», — рассказал порталу «Индикатор» соавтор статьи, сотрудник Сибирского федерального университета Антон Тарасов.
Работа шла в сотрудничестве с учеными Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, Института химии и химической технологии СО РАН, Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнёва. Результаты исследования опубликованы в статье в Journal of Materials Science.
Отметим, высшие силициды марганца MnSi~1,75 — это целое семейство соединений марганца и кремния с весьма экзотической кристаллической структурой, которая получила название «лестница в трубе». Марганец формирует «трубу», а кремний — винтовые «лестницы». Члены такого семейства отличаются друг от друга лишь тем, насколько круто закручивается спираль кремниевой «лестницы».
До сих пор ученые не знают, как можно контролируемо получать разные фазы высших силицидов марганца на кремниевых подложках, которые используются для термоэлектрических и фотовольтаических преобразователей, приборов оптоэлектроники и спинтроники. Обычно, когда ученые помещают материалы для получения силицидов марганца на подложку, происходит диффузия атомов кремния из подложки. Это ощутимо меняет результат, потому что количество кремния в известных фазах высших силицидов марганца меняется в очень маленьких пределах. Как раз из-за этой диффузии не выйдет положить на подложку кремния точное количество марганца и кремния, а потом нагревать и дожидаться образования нужной фазы.
В результате исследования, ученые синтезировали две фазы высших силицидов марганца: Mn4Si7 с наименее закрученной кремниевой «лестницей» и Mn17Si30 с наибольшей крутизной «лестницы».
«В этой работе мы использовали оригинальный подход для синтеза образцов. Мы предположили, что если образование высших силицидов марганца из аморфной смеси марганца и кремния происходит неконтролируемо, то их образование из смеси фаз других силицидов марганца, с более высоким содержанием марганца, для разных фаз марганца будет протекать по-разному. То есть неважно, какие составляющие находятся на кремниевой подложке с самого начала, последней фазой всегда будет кто-нибудь из семейства высших силицидов марганца. После некоторых несложных термодинамических расчетов мы выяснили, что должно находиться на подложке, чтобы в конечном итоге у нас сформировались фазы Mn4Si7 и Mn17Si30», — рассказал порталу «Индикатор» научный сотрудник Института физики имени Л. В. Киренского СО РАН Иван Тарасов.
В результате
проведенных исследований получились запланированные структуры.
Электронный тип проводимости у Mn17Si30 не подтвердился. Причиной этому,
как было показано на основании теоретических расчетов, может быть
существование кремниевых вакансий, то есть отсутствие атомов в тех
местах, где они должны находиться в кристаллической структуре Mn17Si30.
При этом ученые зарегистрировали наиболее высокие показатели подвижности
электронов среди пленок высших силицидов марганца.
Источник: Официальный сайт УрФУ