Металеві наноостровкові структури, отримані у ФІАН, мають колосальну діелектричну проникність і можуть змінювати провідність під дією гранично слабких електричних полів.
Несподівані та унікальні властивості нових штучних матеріалів виявили співробітники ФІАН. Металеві наноостровкові структури на діелектричних підкладках - предмет досліджень доктора фіз.-мат. наук Федора Пудоніна і кандидата фіз.-мат.наук Анатолія Болтаєва. Підкладкою може служити скло, кераміка і навіть звичайний папір або лавсанова плівка. Головне, щоб поверхня мала певну шорсткість. На таких підкладках вирощені розупорядковані системи з металевих наноострівків товщиною від 5 до 15 ангстрем і діаметром від 50 до 300 - 400 ангстрем (нагадаємо, 1 ангстрем - 10-10 м або 0,1 нм). Як виявилося, провідність цих наноструктур при азотних і кімнатних температурах зі зростанням температури збільшується (носить діелектричний характер).
Згідно теорії стрибкової провідності Шкловського - Ефроса, загальноприйнятої для пояснення механізму перенесення носіїв заряду в легованих напівпровідниках при гелевих температурах, здатність перенесення зарядів в цих напівпровідникових системах залежить від того, що залежить від того центру, на кака. Інакше кажучи, важливо, щоб електрон мав можливість тунелювати - «перестрибнути» - з одного центру на інший, при цьому не обов'язково на найближчий
. Під час експериментів з'ясувалося, що для випадку металевих наноостровкових структур теорія Ефроса - Шкловського не працює. Вчені припустили, що металеві острівці знаходяться не просто в нейтральному стані (ніяк не заряджені), а залежно від температури деяка частина з них заряджена позитивно, а інша - негативно. «У сумі виходить нуль, але сам факт заряду частини острівців виявляється дуже важливим, оскільки в наших структурах провідність пов'язана з тунелюванням носіїв заряду від заряджених острівців на нейтральні острівці», - пояснює Федір Пудонін. Результатом
спостереження стала модель, вже підтверджена експериментально, згідно з якою заряд острівців відіграє головну роль у формуванні фізичних властивостей нових матеріалів. При цьому не так вже й важливо, з якого металу виконані металеві острівці - фізичні властивості системи від цього не змінюються (це можуть бути ферромагнетики - залізо або кобальт; залізо-нікелевий сплав - пермалой; вольфрам, титан або інші матеріали). Очевидно, тут відіграє певну роль геометричний фактор - розміри острівців і відстань між ними
. Першим з виявлених незвичайних властивостей острівних систем стала фотопровідність, що не спостерігалася раніше в металах. Провідність нових матеріалів змінювалася залежно від довжини хвилі світла, яким їх опромінювали
. Як відомо, у кожного металу - своя питома провідність - величина постійна, яка не залежить ні від зовнішніх сильних впливів, ні від поля. Провідність острівних систем константою не є, а залежить від доданого електричного поля - може змінюватися від декількох відсотків до 2 - 3 разів (нелінійно зростає). Більш того, в таких структурах провідність починає зміняться в гранично слабких електричних полях (40 - 50 В/см) «
. Ці властивості відкривають великі прикладні можливості - ми маємо систему, провідністю якої можна керувати», - вважає Федір Пудонін. Явище зміни провідності структури можна використовувати, наприклад, у системах кодування або захисту цінних паперів, творів мистецтва, техніки
. Ще одна цікава властивість систем з металевих наноострівок на діелектричній підкладці - це гігантська діелектрична проникність. Зазвичай у металах на низьких частотах діелектрична проникність - величина негативна. В острівних структурах абсолютно несподівано була виявлена велика позитивна низькочастотна діелектрична проникність.На сьогоднішній день найбільшою діелектричною проникністю володіють сегнетоелектрики, але в досліджуваних структурах вона вийшла на три порядку більше (до 107 - 108 проти 104 - 105 у сегнетоелектриків
)! На думку вчених, наноостровкові і гранульовані системи - це новий клас штучних матеріалів (метаматеріалів) з унікальними електрофізичними, магнітними, оптичними, фотоелектричними властивостями. І в майбутньому вони повинні знайти широке застосування.