GaSe<β-CD<J2>> Architecture Supramolecular Clathrate: Properties and Application

Abstract

Сучасні нанотехнології покликані створювати функціонально гібридні неорганічно/органічні матеріали з неординарними властивостями. Великого зацікавлення в даному напрямку набули клатрати – сполуки включення, побудовані за принципом господар<гість>. Застосовуючи інтеркаляційні технології, сформовані таким чином супрамолекулярні структури можна певним чином впорядковувати, використовуючи неорганічні матриці, формуючи клатрати типу субгосподар<господар<гість>>. За таким принципом нами був сформований клатрат GaSe<β-CD<J2>>. Формуючи дану структуру за допомогою слабких взаємодій, вдалося отримати гігантський магнітоємнісний ефект за кімнатної температури. Отримані його значення свідчать про перспективність застосування клатрату GaSe<β-CD<J2>> як матеріалу для створення ємнісних аналогів резистивним запам'ятовуючим пристроям. Спостережуваний ефект пов'язаний із особливим станом домішкової енергетичної підсистеми, яка за кімнатної температури буде мати визначальний вплив. Так, при впровадженні супрамолекулярного комплексу β-CD<J2> у напівпровідникову матрицю GaSe відбувається розщеплення домішкових рівнів у смуги та формування квазінеперервного спектру у двох температурних інтервалах: 248-252 та 298-332 К. Формування в даному випадку також глибоких квантових ям на межі розділу напівпровідникова матриця/супрамолекулярний комплекс призвело до появи ефекту “від'ємної ємності”, що, в свою чергу, може бути використано для формування безгіраторних ліній затримки, які можуть бути безпосередньо інкорпоровані в структуру пристроїв мікро- та наноелектроніки. Величиною даного ефекту, як свідчать результати досліджень, можна керувати освітленням та прикладеним постійним магнітним полем. Проведені теоретичні розрахунки домішкового енергетичного спектру на підставі даних імпедансної спектроскопії за теорією Джебола-Поллака демонструють добре співпадіння з експериментальними даними.

Modern nanotechnologies are designed to create functionally hybrid inorganic/organic materials with extraordinary properties. Great interest in this direction was gained by clathrates – inclusion compounds built on the host<guest> principle. Applying intercalation techniques, the supramolecular structures thus formed can be ordered in a certain way using inorganic matrices, forming clathrates of subhost<host <guest>> type. According to this principle, we formed GaSe<β-CD<J2>> clathrate. By forming this structure using weak interactions, it was possible to observe a giant magnetocapacitance effect at room temperature. Its obtained values indicate the prospects of using GaSe<β-CD<J2>> clathrate as a material for creating capacitive analogues of resistive storage devices. The observed effect is related to a special state of the impurity energy subsystem, which at room temperature will have a decisive influence. Thus, when <β-CD<J2>> supramolecular complex is introduced into the GaSe semiconductor matrix, impurity levels are split into bands and a quasi-continuous spectrum is formed in two temperature ranges: 248-252 and 298-332 K. The formation in this case also of deep quantum wells at the semiconductor matrix/supramolecular complex interface led to the effect of negative capacitance, which, in turn, can be used to form non-gyratory delay lines that can be directly incorporated into the structure of micro- and nanoelectronics. The magnitude of this effect, according to the research results, can be controlled by illumination and an applied constant magnetic field. The theoretical calculations of the impurity energy spectrum, carried out based on impedance spectroscopy data according to the Geballe-Pollack theory, show good agreement with the experimental data.