Гаджети зможуть ремонтувати самі себе: вчені знайшли напів провідник, що регенерує

Ізраїльські вчені відкрили нову властивість кристалів перовськіту, яка в майбутньому дозволить створити електронні пристрої, що регенерують. Подробиці дослідження наводить видання Haaretz.

Група фізиків із Ізраїльського технологічного інституту (Техніона) на чолі з доктором Єхонадавом Бекенштейном створила напів провідникові кристали, які можуть ремонтувати самі себе. Близько п'яти років тому вони виявили, що пошкоджений перовськітовий сонячний елемент, перебуваючи в темряві та за певних умов, відновлюється самостійно, набутий дефект практично зникає. Дослідники стверджують, що знайшли спосіб змусити перовськіти, які використовують у робочій електроніці, регенерувати.

Сучасну побутову електроніку доводиться змінювати раз на кілька років через погіршення роботи чи фізичну поломку. Як пояснюють вчені, це відбувається через неминучий знос матеріалів, які згодом тріскаютьсятаі втрачають колишні властивості. Дослідники стверджують, що виробники приховують цей факт від споживачів, причому багато деталей не піддаються переробці для повторного використання.

"Бренди заявляють, що їхній продукт довговічний і що необхідність купувати нові продукти пов'язана з якісним оновленням програмного забезпечення, — говорить доктор Бекенштейн. — Проте справа в тому, що матеріали, із яких виготовляються пристрої, просто зносилися".

Дослідники по всьому світу вже давно намагаються винайти матеріали, здатні регенерувати подібно до живих тканин. Команда Бекенштейна звернула увагу на галогенідні перовськіти — кристали, у яких відбувається постійний рух іонів (атомів, що несуть електричний заряд), чого зазвичай не відбувається у твердих матеріалах. Згодом ці частинки повертаються до пошкоджених ділянок і самі усувають дефекти, наприклад, тріщини. При цьому процес відновлення відбувається природним чином, адже речовина намагається повернутися до первісної форми, коли атоми перебувають у найнижчому енергетичному стані.

"Ми вирощували в лабораторії дуже маленькі кристали: від однієї до десяти тисячних ширин людського волосся", — ділиться Бекенштейн.

Ці нанокристали згодом використовувалися для експериментів, де застосовували електронний мікроскоп, що випромінює сфокусований пучок енергії, здатний проникнути в їхню структуру. В результаті вчені могли розглянути малюнок, який утворювали електрони, та детально вивчати структуру матеріалу. За словами дослідників, подібний досвід із великими кристалами неможливий. У такий спосіб фізики намагалися визначити процеси, що впливають на властивості перовськітів. Вони помітили, що пучки енергії, що надходять від мікроскопа, створювали в кристалах дірки, які невдовзі переміщалися від країв до центру, і поверхня кристала залишалася цілою.

Це відкриття стало підмогою для модернізації кристала, — вчені ввели у процес органічні молекули, розмістивши їх у поверхні кристала. Потім органічний шар прибрали, і виявилося, що кристал не затягував дірки всередину, а ніби виштовхував назовні, і таким чином відновлення йшло зсередини.

"Є різні дефекти, які впливають на функціональність матеріалів, і в цьому випадку це був найсерйозніший дефект — дірка, іншими словами, частина матеріалу просто була відсутня. Ми виявили, що кристал перовськіту може повернутися у свій початковий, "здоровий" стан, якщо ми зробимо так, щоб дірка виштовхувалася назовні", — поділився керівник проєкту.

Крім високої ефективності, перовськіт має ще одну важливу перевагу — його досить просто зробити з дешевого розчину, тоді як кремнієві провідники необхідно кристалізувати при високій температурі, витрачаючи велику кількість енергії. Наприклад, кремнієвий сонячний елемент повинен відпрацювати три роки, щоб компенсувати ресурси, вкладені в його створення. З іншого боку, свинець і перовскіт, що входять до складу сонячних елементів, розчиняються у воді. Співробітники Техніону стверджують, що модифіковані перовськіти не містять токсичного свинцю та підлягають вторинній переробці, після якої повертаються до первинного стану.

Професор Ден Орон із Наукового інституту імені Вейцмана в Реховоті вважає, що перовськіти стануть частиною нової технології, що використовується для виробництва сонячних елементів, а також, можливо, електроніки й електрооптики, здатної самостійно лагодити себе. Такі матеріали знадобиться й там, де не так просто замінити пошкоджені деталі, — наприклад, у сонячних батареях космічних супутників.

Раніше писали, що фізики створили квантовий матеріал для майбутньої електроніки. Тонка двошарова структура має надпровідникові властивості та може "продовжувати життя" кубітів.