Новый метод получения сверхтонких прозрачных и электропроводящих золотых покрытий разработала команда ученых из Новосибирска, 10 ноября сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири» со ссылкой на пресс-службу Института теплофизики (ИТ) им. С. С. Кутателадзе СО РАН.

Ученые ИТ СО РАН совместно с коллегами из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН и Новосибирского государственного университета первые в мире сформировали сплошную проводящую пленку из золота толщиной всего три нанометра, не используя ни смачивающих подслоев, ни криогенного охлаждения подложки в отличие от существующих методов.

При осаждении золота на поверхность методом импульсного лазерного осаждения в атмосфере кислорода при комнатной температуре оно сначала образует отдельные островки из наночастиц, контакт между которыми отсутствует. Для получения сплошной электропроводящей пленки необходимо, чтобы эти островки срослись.

Толщина пленки, при которой такое сращивание происходит, называется порогом перколяции. Чтобы пленка была проводящей и прозрачной, что необходимо для многих приложений, этот порог стараются максимально снизить. В настоящее время для этого используют предварительное нанесение специальных адгезионных слоев или охлаждение подложки до очень низких (криогенных) температур.

Специалисты лаборатории физико-химических процессов в энергетике ИТ СО РАН под руководством доктора физико-математических наук Сергея Старинского нашли простой способ управлять порогом перколяции — с помощью изменения площади лазерного пятна на золотой мишени при осаждении.

Инженер лаборатории физико-химических процессов в энергетике ИТ СО РАН Данил Колосовский пояснил полученные результаты:

«Мы показали, что увеличение площади лазерного пятна при постоянной плотности энергии изменяет соотношение между кинетической энергией и потоком атомов золота, достигающих подложки. Это напрямую влияет на слияние золотых островков. При оптимальных условиях пленка становится проводящей уже при толщине три нанометра».

Эти результаты исследователи подтвердили как численным моделированием, так и экспериментально. Пленки, полученные новым методом, отличались и низким электрическим сопротивлением, и высокой прозрачностью. Одновременного наличия таких свойств ранее невозможно было добиться без применения специальных подслоев или охлаждения поверхности до криогенных температур.

Подробности проведенных исследований нового метода разработчики представили в статье «Контроль порога перколяции при нанесении ультратонких золотых пленок наносекундным импульсным лазером без адгезионного слоя при комнатной температуре» (Controlling the percolation threshold in adhesion-layer-free room-temperature nanosecond pulsed laser deposition of ultrathin gold films), опубликованной в журнале Applied Surface Science.

Разработанная технология, подчеркивают ее создатели, позволяет создавать прозрачные, гибкие и высокопроизводительные электроды нового поколения для сенсорных экранов и гибких дисплеев, солнечных батарей и OLED-светодиодов, медицинских и носимых сенсоров, контактных линз дополненной реальности — везде, где используют тончайшие биосовместимые и прозрачные проводники.

«Наш метод прост, масштабируем и не требует модификации подложки, — отмечает руководитель проекта Сергей Старинский. — Это фундаментальный шаг к управляемому синтезу наноматериалов с заданными свойствами для нано- и оптоэлектроники».