Фазалық ауысымды индий селениді жұқа қабықшаларын зерттеу – ҚазҰУ ғалымдарының ғылыми ізденістеріндегі жаңа бағыт

Бұл ғылыми зерттеу жобасы фазалық ауысым қасиетіне ие индий селениді негізіндегі жұқа қабықшаларды алуға және олардың құрылымдық, оптикалық, электрлік және фотоэлектрлік қасиеттерін кешенді түрде зерттеуге бағытталған. Жоба материалтану, нанофотоника және оптоэлектроника салаларының тоғысқан ғылыми бағытында жүзеге асырылуда. Зерттеу жұмыстары әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғылыми зертханаларында жүргізілуде, мұнда университет ғалымдары мен жас зерттеушілер жаңа функционалдық материалдардың қасиеттерін анықтау бойынша жұмыс атқаруда.

Қазіргі ғылымда сыртқы орта әсеріне жауап бере алатын «ақылды» материалдарды зерттеу ерекше маңызға ие. Осындай материалдардың қатарына фазалық ауысым қабілеті бар халькогенидті қосылыстар жатады. Олар аморфты және кристалдық фазалар арасында қайтымды түрде ауыса алады, нәтижесінде электрлік және оптикалық сипаттамалары айтарлықтай өзгереді.

Зерттеу барысында индий селенидінің екі модификациясы – InSe және In₂Se₃ жұқа қабықшаларын алу және олардың физикалық қасиеттерін зерттеу қарастырылған. Бұл материалдар жоғары фотосезімталдықпен және электрондардың қозғалғыштығының жоғары мәндерімен ерекшеленеді. Мысалы, кристалдық InSe құрылымында электрондардың қозғалғыштығы өте жоғары деңгейге жетуі мүмкін, бұл оны нанофотоника мен оптоэлектроника үшін перспективті етеді.

ҚазҰУ ғалымдары жүргізіп жатқан бұл зерттеу термиялық буландыру әдісі арқылы жұқа қабықшаларды алуды және олардың фазалық трансформация процестерін зерттеуді көздейді. Алдымен вакуум жағдайында синтезделген көлемді кристалдар буландырылады, кейін алынған аморфты қабықшаларға лазерлік немесе электрлік импульстік әсер беру арқылы фазалық кристалдану процесі зерттеледі.

Оптикалық қасиеттерді талдау үшін 300–1550 нм диапазонында жарық өткізу және шағылу спектрлері өлшенеді. Бұл зерттеулер оптикалық жұтылу коэффициентін, оптикалық контрастты және тыйым салынған зона енін анықтауға мүмкіндік береді. Эллипсометриялық әдістер арқылы сыну көрсеткіші мен экстинкция коэффициенті бағаланады.

Сонымен қатар қабықшалардың фотопроводимость спектрлері зерттеледі. 240–900 нм диапазонында фотосезімталдықтың спектрлік тәуелділігі анықталып, алынған материалдар негізінде фотодетектор жасау мүмкіндігі бағаланады.

Жобаның маңызды ғылыми жаңалығы – локальды лазерлік кристалдандыру технологиясын дамыту. Бұл әдіс материал бетінде дифракциялық құрылымдар, фотондық метаповерхностер және екі өлшемді фотондық кристалдар қалыптастыруға мүмкіндік береді. Мұндай технологиялар ақпаратты фотондық өңдеу жүйелерін дамытуда перспективті болып саналады.

Индий селенидінің қабаттық құрылымы оның ерекше жартылай өткізгіштік қасиеттерін анықтайды. InSe – тікелей тыйым салынған зоналы материал болып табылады, ал In₂Se₃ бірнеше полиморфтық фазаларға ие. In₂Se₃ материалының сегнетоэлектрлік қасиеттері төмен температураларда байқалады, бұл оны энергонезависим жад элементтерін жасау үшін маңызды етеді.

Зерттеу нәтижелері фотондық интегралдық схемалар, нейроморфтық есептеу жүйелері және энергия тиімді электрондық құрылғыларды дамытуға ықпал етуі мүмкін. Қазіргі уақытта әлемдік ғылымда фазалық ауысымды материалдар негізінде жаңа буын фотондық платформаларды құру мәселесі өзекті болып отыр.

Жоба аясында синтез, термиялық буландыру, спектроскопиялық талдау, электрондық микроскопия және электрлік өлшеулер сияқты кешенді эксперименттік әдістер қолданылады. Барлық зерттеулер инертті атмосфера жағдайында жүргізіледі, себебі материалдың тотығуы зерттеу нәтижелеріне әсер етуі мүмкін.

Жобаның әлеуметтік және экономикалық маңызы жоғары. Алынған нәтижелер болашақта фотондық құрылғылар өндірісін дамытуға, энергия шығындарын азайтуға және инновациялық электрондық жүйелерді құруға мүмкіндік береді. Зерттеу нәтижелерін патенттеу және коммерцияландыру мүмкіндігі қарастырылуда.

Бұл зерттеу әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университетінің ғылыми әлеуетін дамытуға, жас ғалымдардың біліктілігін арттыруға және халықаралық ғылыми кеңістіктегі бәсекеге қабілеттілікті күшейтуге бағытталған.

Ғылыми этика нормалары қатаң сақталады, деректерді бұрмалауға және плагиатқа жол берілмейді. Барлық нәтижелер халықаралық ғылыми стандарттарға сәйкес өңделеді.

Бұл ғылыми зерттеу индий селениді негізіндегі фазалық ауысымды жұқа қабықшаларды зерттеу арқылы нанофотоника және оптоэлектроника саласының дамуына жаңа мүмкіндіктер ашуға бағытталған. Сонымен қатар, жоба Қазақстандағы материалтану ғылымының инновациялық дамуына маңызды ғылыми үлес қосуға мүмкіндік береді.