В этом видео я рассказываю про перовскиты, материал, который привлёк внимание физиков всего мира и стал очень популярный в области современной физики полупроводников. Перовскиты так интересны по тому, что они крайне дешевы в производстве и не требуют таких сложных технологических процессов как кремний. Самое ожидаемое их потенциальное применение это солнечные панели, так называемые перовскитные солнечные панели. Это важно для зелёной энергетики.
Добавлю, что перовскиты интересны и с фундаментальной точки зрения так как являются новой мало изученной системой. У них интересные свойства, которые и делают их такими. Тем не менее с точки зрения обычных излучателей и детекторов света они вполне себе обычные.
Расшифровка видео
Поиск по видео
0:00
я приветствую вас мои дорогие друзья
0:03
Сегодня я расскажу вам про Тейлор Свифт
0:05
современного мира физики полупроводников
0:08
про
0:09
перовскит Возможно вы не сталкивались с
0:12
ними непосредственно но где-то в
0:14
новостях это слово полюбому у вас
0:16
мелькало я расскажу за что физики всего
0:19
мира так сильно влюбились в этот
0:21
материал и почему то о чём мы не знали
0:24
ещ 10 лет назад сейчас есть во всех
0:28
новостных заголовках техниче журналов
0:31
для понимания ситуации нужно знать
0:33
следующее в современной физике
0:36
полупроводников используется очень
0:38
чистые материалы для того чтобы
0:41
вырастить процессоры используются очень
0:44
дорогие технологии кристаллы вот тонного
0:48
размера делаются методом чохральского
0:50
для того чтобы только исследовать этот
0:54
метод я уверен потратили не то что
0:57
миллионы миллиарды долларов И теперь мы
1:01
пользуемся именно такой технологией для
1:04
того чтобы на них что-то вырастить
1:06
используется эпитаксия
1:08
напыление то есть слой за слоем
1:10
насаживается материал это очень точно
1:14
очень чувствительная ко всему технология
1:17
для этого используются
1:30
и намеша что-то Ну не на кухне но в
1:33
такой обычной средней руки химической
1:36
лаборатории без использования каких-то
1:38
особо чистых материалов просто
1:40
нормальные материалы то что вы можете
1:43
купить и получится что-то
1:46
сопоставимо миллиарды долларов
1:49
десятилетия исследования и что-то что
1:52
можно замешать у себя там на коленке и
1:55
получается сопоставимо И вот таким
1:58
образом ровс получили свою порцию
2:01
внимания перовскиты не Уникальны в плане
2:04
своих свойств они круты тем что их можно
2:08
достаточно дёшево сделать И при этом они
2:11
получаются приемлемого качества
2:13
экономическая составляющая впервые
2:16
перовскиты Были обнаружены в 1800
2:19
дремучем году исследователем или
2:22
коллекционером минералов Перовский у
2:25
перовскиты достаточно характерная форма
2:28
кристаллической решётки Она состоит из
2:31
трёх важных элементов где-нибудь вот
2:33
здесь их сейчас покажу то есть материал
2:36
перовскит был в общем-то известен давно
2:38
но только в 2013 году его впервые
2:41
применили в области оптоэлектроника а
2:43
именно из него сделали солнечные элемент
2:46
получилось достаточно неплохо но все
2:49
обратили внимание на то что произвести
2:51
этот материал оказывается сильно сильно
2:54
проще чем стандартный кремни а самое
2:57
интересное что Выяснилось что среди
2:59
учёных
3:00
занимающихся полупроводниками про этот
3:03
материал вообще никто ничего не знает
3:06
оптически активный излучает или
3:09
поглощает такие длины Вол в общем-то Всё
3:12
я не проговорил одну очень важную вещь
3:14
перовскит в первую очередь это Форма
3:17
кристаллической решётки То есть это
3:19
очень широкий класс материалов
3:21
перовскиты не ограничиваются конкретным
3:23
составом они ограничиваются тем что в
3:26
эту кристаллическую решётку вообще может
3:28
сложиться то есть чисто гипотетически
3:31
Если вы в эту кристаллическую решётку
3:33
сложите ежей ужей и жуков то у вас будет
3:37
перовскит из ежей ужей и жуков так вот
3:40
первые перовскиты которые Были
3:42
обнаружены они были из каких-то
3:44
неорганических материалов там были Если
3:47
не ошибаюсь кальций и ещё что-то такое
3:49
позже Были обнаружены конечно и другие
3:52
перовскиты в том числе у которых в
3:54
кристаллической решётке были достаточно
3:57
сложные структуры например целая молеку
4:00
метиламмония я не очень понимаю что это
4:02
такое но молекула метиламмония явно
4:04
больше одного атома молекула она в
4:07
принципе больше атома и Судя по всему
4:09
вот эти старые перовскиты которые не
4:12
органические которые известны давно они
4:15
всякими
4:16
кристаллография минером давно и хорошо
4:19
изучены И вот когда эти Новые перовскиты
4:22
появились их в первую очередь стали
4:24
изучать не всякие там геологи которые
4:26
изучали вот те старые перовскиты а люди
4:30
которые занимаются полупроводниками а
4:32
они на самом деле эти перовскиты никогда
4:34
в глаза не видели и получилось что в
4:37
физике полупроводников – это такое
4:39
совершенно новое явление совершенно
4:41
непонятный материал который обладает
4:43
очень хорошей оптической активностью и
4:46
Раз уж мы прервались я напомню что у
4:48
меня есть Telegram канал где я
4:50
рассказываю как работаю физиком только
4:52
правда И ничего кроме правды и ещё
4:55
кстати Рекомендую вам видео где я
4:56
рассказываю про квантовые точки с
4:58
которыми я Давненько работаю и
5:01
Выяснилось что Несмотря на то что
5:03
материалы таких конфигураций на самом
5:06
деле очень просто получить за всё время
5:09
их вообще никто не изучал и вот
5:12
получился целый взрыв интереса к
5:14
материалам такого типа ещё раз хороший
5:19
оптически активный материал можно
5:21
сделать
5:22
дёшево все кинулись его изучать у
5:25
оптически активного материала есть два
5:28
направления где его можно вообще
5:30
применять он может поглощать свет и это
5:33
собственно солнечные панели с которых
5:35
всё началось солнечные панели дальше
5:37
идут естественно всякие детекторы и
5:41
детекторы не только света но и радиации
5:43
потому что они Ну достаточно схожим
5:46
образом устроены но такие структуры
5:49
могут работать и в обратную сторону всё
5:51
что обычно всё что гипотетически может
5:54
поглощать свет и выдавать нам заряд
5:56
может нам из этого самого заряда давать
5:59
свет Итак мы получаем разнообразнейших
6:01
штуки которые излучают свет светодиоды
6:05
например на основе Перов скитов можно
6:08
получить и синий и зелёный и красный и
6:11
как вы помните достаточно дёшево на их
6:14
основе можно получить даже лазер дешёвый
6:17
лазер Но на самом деле там есть ещё одно
6:21
очень интересное применение есть такие
6:24
Экситон Я напоминал в прошлом видео про
6:26
Экситон У меня есть отдельное видео Не
6:30
забудьте посмотреть если никогда про них
6:32
не слышали так вот эти Экситон по сути
6:35
небольшие такие атомы водорода которые
6:37
состоят не из протона и электрона А из
6:41
электрона и дырки это такая
6:43
квантово-механическая система которая
6:46
находится прямо в полупроводнике и вот
6:48
эти Экситон там тоже есть на основе этих
6:52
эктов можно делать всякие штуки типа
6:55
ячеек
6:56
памяти в общем это целая наука экситона
7:00
они в общем очень интересны и самое
7:03
крутое что в этом дешёвом материале
7:05
который легко сделать эти Экситон не
7:09
хуже чем в супер крутых наноструктуры
7:12
которые выращиваются методом молекулярно
7:14
лучевой эпитаксия
7:16
я не буду говорить что они лучше но они
7:19
не сильно хуже так сказать Экситон в
7:22
каждый дом отдельная отдельная прелесть
7:26
ровс в том что его ширина з которые на
7:30
самом деле определяет цвет Света который
7:34
он излучает может очень легко меняться
7:38
при помощи изменения его состава Таким
7:40
образом мы можем получить и синий и
7:43
зелёный и красный и инфракрасный
7:46
перовскит Это очень полезно Потому что
7:50
далеко не во всех материалах мы можем
7:52
варьировать ширину запрещенной зоны в
7:55
настолько большом диапазоне но не может
7:58
же быть настолько хорошо Не может быть
8:01
дёшево хорошо И вообще прям замечательно
8:05
иначе бы у нас уже на каждом углу были
8:08
эти самые солнечные панели так вот
8:11
главная проблема пиров скита Почему
8:14
собственно в
8:15
2013 году когда их впервые открыли
8:19
применительно к солнечным панелям эти
8:22
солнечные панели на основе пиратов не
8:24
Наполи весь рынок эта Солнечная панель
8:27
деградировала со страшно скоростью
8:30
Примерно 15 часов В тусовке физиков была
8:34
такая популярная шутеечка о мне вчера
8:37
дали образец на основе Перов скита он
8:39
Великолепный таких крутых результатов Я
8:41
никогда не видел только к сожалению
8:44
сегодня он уже испортился вот тот
8:47
образец с которым я лично работал на
8:49
самом деле не пережил двух замораживания
8:52
и просто раскрошился вообще этот
8:54
перовскит – это такой достаточно
8:56
блестящий материал по крайней мере тот с
8:58
которым я работал он Очень напоминает не
9:01
знаю полированный металл но по своим
9:04
механическим характеристикам он очень
9:06
похож на мел то есть его чуть-чуть
9:08
как-то не так потрогаешь И всё И там вот
9:12
уже эта блестящая поверхность начисто
9:15
испорчен она мгновенно окисляется но
9:19
профессионалы трут её об штаны и она
9:22
снова как новенькая В общем материал по
9:25
сравнению с каким-нибудь кремнием
9:27
который Вообще практически никак не
9:29
спотиш Если у вас есть кремневая
9:31
пластина то с ней ничего не будет
9:34
стандарт Если не ошибаюсь килограмма это
9:37
шарик из кремния знаете почему Да потому
9:40
что с ним ничего не будет Вы можете его
9:43
наверное даже уронить и он настолько
9:45
твёрдый что я практически уверен что у
9:48
вас пол сломается А вот этот Эталон
9:50
килограмма Ну может даже не
9:52
поцарапать кремни и все обычные
9:55
полупроводники они очень твёрдые жёсткие
9:58
они хрупкие но по сравнению с этим
10:01
чертовым перовскиты который просто
10:03
рассыпается в руках это ну даже не
10:06
сравнить есть у Перов скитов и вторая
10:09
проблема самые крутые варианты солнечных
10:13
панелей на основе Перов скитов
10:15
используют тот перовскит в котором
10:17
содержится свинец свинец если вы не
10:20
знаете Это чертовски нездоровый материал
10:23
Если у вас есть вариант не использовать
10:26
свинец в
10:27
ваших приборах
10:30
его лучше не использовать смотрел я
10:32
как-то у веритасиум прекрасное видео про
10:34
свинец ничего хорошего в нём нету И в
10:38
перовских его лучше тоже не использовать
10:40
Особенно с учётом того что это может
10:43
быть тот материал которым покроют крышу
10:45
каждого дома Так почему же настолько
10:48
дёшево произведённый Кристалл может
10:51
обладать свойствами которые в обычных
10:54
полупроводниках могут быть только в тех
10:57
кристаллах которые выращены высочайшим
11:00
качеством давайте для этого немножко
11:02
вспомним Зачем нам вообще нужно это
11:05
высочайшее качество как вообще выглядит
11:07
полупроводниковый Кристалл с точки
11:09
зрения электронов и их энергии Электрон
11:13
не может обладать какой попала энергии в
11:15
полупроводниковом кристалле Обычно они
11:18
принадлежат к каким-то зонам это зона
11:21
валентная с более низкой энергии обычно
11:24
в ней куча электронов дальше идёт
11:26
запрещённая зона это такой диапазон
11:28
энергии в которых не может быть никаких
11:30
электронов никогда И сверху есть зона
11:35
проводимости туда электроны из валентной
11:37
зоны могут запрыгнуть их можно туда
11:40
как-то посадить при помощи многих разных
11:42
методов так вот есть валентная зона и
11:46
зона проводимости А если Электрон хочет
11:49
перейти из одной зоны в другую ему нужно
11:56
излучине которого равна разни
12:00
эги валентной зо и зоны проводимости Но
12:05
если вдруг в нашем кристалле оказывается
12:08
много дефектов может произойти следующее
12:12
эти дефекты создадут какие-то
12:14
дополнительные уровни в пределах
12:17
запрещенной зоны и вместо того чтобы наш
12:20
Электрон при перескоки из зоны
12:23
проводимости в валент зону излучил нам
12:26
это о
12:28
Фотон много маленьких прыжков между вот
12:31
этими дополнительными уровнями
12:34
возникшими из-за дефекта и тогда он
12:39
излучина А может быть даже просто эта
12:42
энергия уйдёт в тепло в такой ситуации
12:45
никакой оптической активности в этом
12:48
кристалле не будет а для опто
12:50
электроники никакой оптической
12:51
активности знаете очень и очень плохо и
12:55
что в перовских которые замели абы где
12:59
этих дефектов что ли не будет
13:01
Оказывается что эти дефекты есть их
13:04
огромное количество но они просто по
13:08
какому-то чудесному стечению
13:10
обстоятельств находятся вне запрещённой
13:12
зоне они находятся либо выше либо ниже и
13:16
вот этих дополнительных уровней в
13:18
запрещённой зоне Они просто не создают
13:21
таким образом Сколь угодно много этих
13:24
дефектов бы там не было они не портят
13:27
оптических свойств этого материала Что
13:30
для обычных полупроводников просто чудо
13:34
А ещё в районе 2018 2020 года вокруг
13:38
этих пиров скитов был настоящий хайм
13:41
потому что этот материал Несмотря на то
13:43
что у него есть просто чудесные свойства
13:46
он был совершенно не изучен Если вы
13:49
изучили какое-то достаточно обычное
13:52
свойство этого материала вы уже могли
13:54
написать достаточно хорошую статью
13:56
которую опубликуют в хорошем журнале за
13:59
исследование на самом деле достаточно
14:01
банальных свойств и все просто кинулись
14:03
изучать Эти перовскиты даже я в этой
14:06
движухи успел поучаствовать фотонное Эхо
14:09
из пиров скита давайте подытожим
14:12
перовскиты – это достаточно дешёвый и
14:15
качественный материал который не
14:17
обладает какими-то выдающимися
14:19
свойствами он просто интересен за счёт
14:22
того что его очень легко синтезировать
14:24
он получается достаточно дёшево и при
14:27
этом у него очень хо хорошие свойства
14:30
его потенциальные применения – это
14:32
оптоэлектроника То есть он может
14:35
излучать свет ещё он может поглощать
14:38
свет и давать нам напряжение То есть это
14:41
либо излучатели либо какие-то детекторы
14:44
в том числе солнечные панели и не
14:47
забудьте поставить мне лайк за этот
14:49
душевный рассказ всем Мир До новых
14:52
встреч и на канал мой подпишитесь