Оксид титана – одно из веществ, привлекающих повышенное внимание современных учёных. Калининградские исследователи из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта вместе с зарубежными соратниками обнаружили способ получать тонкие плёнки этого материала и рассмотрели их свойства. Результаты оказались впечатляющими. Ознакомиться с ними можно в издании Thin Solid Films.
Собственно, существует несколько оксидов титана. И некоторые из этих веществ могут быть представлены в разных формах, различающихся расположением атомов в кристаллической решётке. Возможности оксидов титана во многом уникальны. Так, известны их оптические свойства: они могут эффективно использовать свет для повышения скорости химических реакций. Также существуют покрытия на основе титановых оксидов, которые обладают способностью самостоятельно очищаться на свету. Их можно использовать и для очищения воды и воздуха от опасных примесей, а также для создания пресной воды из морской. Все эти свойства характерны для обычных, объёмных оксидов. Но они имеются и у наноплёнок. Однако тончайшие плёнки оксидов титана имеют и собственные, уникальные свойства, которые отличают их от объёмных «соплеменников». К примеру, они могут стабильно сохранять высокую проводимость при самых разных температурах. Поэтому их можно использовать как независимые от окружающей температуры проводники и катализаторы.
Исследуя оксид титана (III), учёные обнаружили у него и другое любопытное свойство. Он способен осуществлять фазовый переход «полупроводник-металл». Попросту говоря, он в случае нагревания сильно увеличивает свою проводимость; при этом меняется не только её показатель, но и расположение атомов друг относительно друга. Подобным свойством изменять свою структуру отличаются немногие материалы. Их поиском уже давно занимается современная наука, поскольку такие материалы, можно сказать, переворачивают наше представление о материалах вообще и их функционировании.
Калининградские учёные для создания тонких плёнок титанового оксида использовали метод магнетронного напыления. Он заключается в том, что мишень из титана обстреливается заряженными частицами; из неё при этом выбиваются атомы титана, которые падают на специальную подложку и реагируют со свободными радикалами кислорода, образующимися из-за сталкивания молекул кислорода с заряженными частицами. В результате и получаются тонкие оксидные плёнки. В зависимости от содержания кислорода в атмосфере и температуры подложки можно образовать различные оксиды титана. Все они были получены в лаборатории. Среди них оказались две совершенно разные формы Ti2O3, отличающиеся расположением атомов в кристаллической решётке. Первая такая форма имеет треугольные ячейки и напоминает корунд – минерал на основе алюминия. Вторая форма имеет ромбическую структуру, причём её удалось создать в чистом виде, без примесей. Для этого способ напыления слегка изменили: в мишени использовали не чистый титан, а его оксид, а бомбардировка производилась в бескислородной среде.
Когда плёнки были получены, учёные исследовали их свойства. Оказалось, что ромбическая плёнка оксида титана (III), созданная исследователями магнетронным методом, отличается по своим свойствам от подобной плёнки, полученной несколько лет назад другим способом. Новая плёнка сохраняла свойства полупроводника во всём диапазоне изученных температур (от абсолютного нуля до 300 градусов Цельсия), тогда как старая плёнка превращалась в проводник при температурах выше 100 градусов и сверхпроводник при температурах, близких к абсолютному нулю. Напомним, что абсолютный нуль равен минус 265 градусам Цельсия.
Проводимость плёнки с корундоподобной структурой оказалась идентична проводимости объёмного кристалла оксида титана; однако объёмный оксид необходимо нагреть до температуры около 200 градусов, чтобы он приобрёл такую проводимость, а плёнка обладает ею на всём диапазоне температур.
Приведённые исследования показывают, что химические, физические и даже «математические» свойства различных веществ взаимосвязаны. И чтобы получить некое «другое вещество», порой достаточно видоизменить геометрическую структуру исходного соединения. Химия прошлого не знала подобных «чудес», а сегодня они постепенно становятся обычным делом – пока что для учёных, а в будущем и для простых людей.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
