وفي روسيا، تم تصميم نموذج جديد لنيتريد ثنائي الأبعاد للكاشفات الضوئية والخلايا الشمسية

يمكن جعل عناصر الإلكترونيات الحديثة مدمجة قدر الإمكان عن طريق استبدال المواد السائبة التقليدية التي تضمن تشغيلها بنظائرها ثنائية الأبعاد التي لا يزيد سمكها عن ذرة واحدة أو بضع ذرات. بالإضافة إلى توفير الحجم، توفر المواد ثنائية الأبعاد بعض المزايا الأخرى: فهي أكثر قدرة على الحركة مقارنة بالأشكال ثلاثية الأبعاد. وهذا يسمح بإنشاء أجهزة ذات خصائص محسنة، مثل قدرة أفضل على تحويل الطاقة الضوئية إلى كهرباء، وهو أمر مهم لمجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار والأجهزة الإلكترونية البصرية. ومع ذلك، لا يوجد حتى الآن سوى عدد قليل من المواد ثنائية الأبعاد المعروفة التي يمكن استخدامها في الإلكترونيات. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تركيبها عن طريق التجربة والخطأ يتطلب عمالة كثيفة ويستغرق وقتًا طويلاً. ولذلك، يحاول العلماء بشكل متزايد العثور على مثل هذه الهياكل باستخدام النمذجة الحاسوبية. قام باحثون من جامعة أوفا للعلوم والتكنولوجيا (Ufa) بمحاكاة مواد ثنائية الأبعاد تتكون من ذرات الزنك والفاناديوم والنيتروجين. اعتمد الباحثون على نظرية الكثافة الوظيفية، وهي طريقة لحساب البنية الإلكترونية للجزيئات التي تسمح لهم بتحديد الظروف التي سيكون فيها المركب المحاكى مستقرًا ويمكن أن يوجد بالفعل. بالإضافة إلى ذلك، أتاحت هذه النظرية التنبؤ بالخصائص البصرية والإلكترونية والميكانيكية للمواد. تم نشر نتائج الدراسة، بدعم من منحة من مؤسسة العلوم الروسية (RSF)، في مجلة الكيمياء الفيزيائية C. هياكل نيتريد الزنك الثلاثي بكميات كبيرة، في شكل ثنائي الأبعاد، في شكل أفلام رقيقة بسماكات مختلفة وعلى ركيزة من السيليكون (من اليسار إلى اليمين) / © Andrey Kistanov / UUNiT في البداية، أنشأ العلماء نموذجًا من نيتريد الفاناديوم والزنك، يتكون من طبقتين فقط من الذرات – ثنائية الأبعاد عينة. بعد ذلك، جعل الباحثون البنية أكثر سمكًا بإضافة عدة طبقات إضافية، وهي عينة من غشاء رقيق. وتبين أن جميع المركبات التي تم الحصول عليها مستقرة. وفي الوقت نفسه، وجد الباحثون أكثر الخصائص الواعدة في عينة ثنائية الأبعاد. فهو يمتص الأشعة فوق البنفسجية بكفاءة تصل إلى 13%، وهو ما يتجاوز قدرات المواد التناظرية ثنائية الأبعاد مثل ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتقالية. في المستقبل، من خلال تحسين هيكل المادة، يمكن زيادة الكفاءة، ومن ثم سيفتح ذلك آفاقًا لإنشاء أجهزة كشف ضوئية حساسة للغاية تعتمد عليها. بالإضافة إلى ذلك، كان في عينة طبقتين من الذرات أن الإلكترونات هي الأكثر قدرة على الحركة، وهو أمر مهم للتحويل الفعال للضوء إلى كهرباء. مدير المشروع، بدعم من منحة من مؤسسة العلوم الروسية، أندريه كيستانوف / © Andrey Kistanov / UUNiT “من الجدير بالذكر أيضًا أن الخصائص الإلكترونية للمادة المحاكاة تتغير اعتمادًا على نوع الركيزة التي يتم تطبيقها عليها. وهذا سيجعل من الممكن استخدامها في أجهزة إلكترونيات السلالة، حيث يتم التحكم في خصائص المادة من خلال تشوهها الميكانيكي. ستتيح هذه التكنولوجيا إنشاء أجهزة مدمجة للغاية، مثل أجهزة الاستشعار شديدة الحساسية وأنظمة حصاد الطاقة. في “في المستقبل، نخطط لتوسيع بحثنا في إطار هذا المشروع والحصول على كمية كبيرة من البيانات حول البنية والخصائص الوظيفية لجميع أفراد عائلة النتريدات المعدنية ثنائية الأبعاد، ونخطط لاستخدام البيانات التي تم الحصول عليها لإنشاء قاعدة بيانات متاحة للجمهور تحتوي على معلمات محسوبة مفصلة وخصائص المواد ثنائية الأبعاد قيد الدراسة”، كما يقول رئيس المشروع المدعوم من منحة مؤسسة العلوم الروسية، أندريه كيستانوف، دكتور في العلوم الفيزيائية والرياضية، الباحث الرئيسي في UUNiT.