Двумерные материалы обладают самыми разными необычными свойствами, интересными для использования в электронике, сенсорах и катализе.

Минерал аурипигмент (от лат. аurum — золото и pigmentum — краска). Назван по окраске, которая может меняться от золотисто- и лимонно-жёлтой до оранжево-жёлтой. На месторождениях Менкюле (Якутия) и Сухонькое (Алтайский край) обнаружены мономинеральные гигантские кристаллические выделения аурипигмента размером до 0,5 м.

Эксперимент по воздействию на двумерные чешуйки аурипигмента светом.

Сотрудники Томского политехнического университета вместе с китайскими коллегами получили механическим шелушением двумерный материал из природного минерала аурипигмент, представляющего собой трисульфид мышьяка, и обнаружили в нём уникальный фотоотклик. Под воздействием даже слабого белого света этот материал достаточно сильно изменяет свои электронные свойства, но при этом не начинает проводить электрический ток, как это обычно происходит в случае полупроводников, используемых в фотоприёмных устройствах. Механизм процесса здесь другой. При воздействии света в двумерном материале происходит перераспределение зарядов — образуются локализованные экситоны. Так называются связанные пары электрон-дырка, которые притягиваются друг к другу электростатической кулоновской силой. В результате моделируется поверхностный электрический потенциал величиной до 80 мВ без возникновения свободных носителей заряда. Традиционно же фотоотклик в двумерных материалах возбуждается посредством генерации фототока, когда разделение носителей заряда, вызванное светом, приводит к появлению электрического тока.

Полученный эффект на двумерном полупроводнике из трисульфида мышьяка открывает возможности для разработки энергоэффективных оптоэлектронных устройств — фототранзисторов и оптических переключателей нового поколения. Для сравнения, дисульфид молибдена — самый известный двумерный полупроводник — при тех же условиях не проявляет изменения поверхностного потенциала.

Для повышения чувствительности к свету исследователи создали гибридный материал, объединив ультратонкий слой трисульфида мышьяка (As₂S₃) с серебряными нанопроволоками (AgNW). Металлические наночастицы используют в фотокатализе, сенсорике и оптоэлектронике для усиления взаимодействия света с веществом — с их помощью стимулируют оптоэлектронный отклик и улучшают фотокаталитические характеристики 2D-материалов. Комбинация As₂S₃-AgNW, как показали эксперименты, увеличивает фотокаталитическую активность нанопроволок на 71%.

В дальнейшем планируется изучить свойства ультратонких слоёв других минералов, добываемых в России, а также свойства комбинаций разных двумерных материалов.

Работа выполнена в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030». Результаты опубликованы в журнале Applied Materials Today.

По информации пресс-службы Томского политехнического университета.

Фото предоставлены пресс-службой ТПУ.

№3, 2025