Совместная группа исследователей из Сколтеха, Университета Тромсё (Арктического университета Норвегии), Института химии твёрдого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) выполнила теоретический анализ свойств сверхтонких алмазных плёнок. Группа определила, какие из них пригодны для дисплеев с автоэлектронной эмиссией, об этом рассказали информационной службе Хабра в пресс‑службе Сколтеха. Исследование опубликовано в журнале первого квартиля ACS Applied Materials & Interfaces.
Эти плоские экраны сначала разрабатывали наравне с распространёнными сейчас ЖК‑дисплеями. И у технологии сверхтонких алмазных плёнок есть потенциа��ьные преимущества: это низкое энергопотребление, широкий угол обзора и безынерционность: — пиксели меняют цвет быстро.
Диаман — сверхтонкая алмазная плёнка, получаемая, если положить друг на друга два и более слоя графена и присоединить к внешним поверхностям этой конструкции атомы фтора, водорода или некоторых других элементов. В итоге графен искривляется, и его слои соединяются в плоский алмаз. Такой материал может по своим электронным свойствам подойти для дисплеев компьютеров, телефонов, телевизоров и других устройств с автоэлектронной эмиссией. Однако свойства диаманов трудно поддаются вычислению и зависят от многих параметров.
Александр Квашнин
Старший преподаватель Сколтеха из Проектного центра по энергопереходу
«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».
В своём исследовании учёные рассчитали ключевую характеристику для каждой из 60 конфигураций диамана, а именно, сколько энергии требуется, чтобы выбить электрон с поверхности алмазной плёнки. Этот параметр важен для дисплеев с автоэмиссией, так как излучение электронов используется в них для зажигания пикселей на экране. Поэтому чем меньше энергии при этом расходуется, тем лучше. Эта величина зависит от так называемой запрещённой зоны материала: какие энергетические состояния в нём доступны электронам, а какие нет. Эту зону авторы исследования тоже рассчитали, и наиболее оптимальная для дисплеев конфигурация диамана — это шесть слоёв, гидрирование (то есть водород, а не фтор) и ориентация углеродной плёнки с поверхностью.
Кроме того, поверхностные дипольные моменты влияют на электронные свойства диаманов, включая эмиссию электронов. Поэтому полученная информация ценна для разработки дисплеев с автоэлектронной эмиссией и подбора альтернативных материалов для этих устройств.
Кристиан Тантардини
Старший научный сотрудник из ИХТТМ СО РАН, Арктического университета Норвегии, первый автор исследования
«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 сложны�� и долгих первопринципных расчётов и спрогнозировать реакционную способность поверхности новых двумерных материалов».
