Eenvoudige techniek luidt de lang gezochte klasse van halfgeleiders in

Doorbraken in de moderne micro-elektronica zijn afhankelijk van het begrijpen en manipuleren van de beweging van elektronen in metaal. Het verminderen van de dikte van metalen platen tot de orde van nanometers kan uitstekende controle mogelijk maken over hoe de elektronen van het metaal bewegen. Door dit te doen, kan men eigenschappen verlenen die niet worden gezien in bulkmetalen, zoals ultrasnelle geleiding van elektriciteit. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners een nieuwe klasse van nanogestructureerde superroosters gesynthetiseerd. Deze studie maakt een ongewoon hoge mate van controle mogelijk over de beweging van elektronen in metalen halfgeleiders, wat belooft de functionaliteit van alledaagse technologieën te verbeteren.

Het precies afstemmen van de architectuur van metalen nanoplaten en zo geavanceerde micro-elektronische functionaliteiten mogelijk maken, blijft wereldwijd een voortdurend werk. Er zijn zelfs verschillende Nobelprijzen uitgereikt over dit onderwerp. Onderzoekers synthetiseren conventioneel nanogestructureerde superroosters – regelmatig afwisselende lagen van metalen, aan elkaar geklemd – van materialen van dezelfde dimensie; bijvoorbeeld ingeklemde 2D-platen. Een belangrijk aspect van het werk van de huidige onderzoekers is de gemakkelijke fabricage van heterodimensionale superroosters; bijvoorbeeld 1D nanodeeltjesketens ingeklemd in 2D nanosheets.

“Heterodimensionale superroosters op nanoschaal zijn doorgaans een uitdaging om te bereiden, maar kunnen waardevolle fysieke eigenschappen vertonen, zoals anisotrope elektrische geleidbaarheid”, legt Yung-Chang Lin, senior auteur, uit. “We hebben een veelzijdige manier ontwikkeld om dergelijke structuren voor te bereiden, en zo zullen we de synthese van een breed scala aan aangepaste superstructuren inspireren.”

De onderzoekers gebruikten chemische dampafzetting – een veelgebruikte nanofabricagetechniek in de industrie – om op vanadium gebaseerde superroosters te maken. Deze magnetische halfgeleiders vertonen wat bekend staat als een anisotroop abnormaal Hall-effect (AHE): dat wil zeggen gericht gefocuste ladingsaccumulatie onder magnetische veldomstandigheden in het vlak (waarbij het conventionele Hall-effect niet wordt waargenomen). Gewoonlijk wordt de AHE alleen waargenomen bij ultralage temperaturen. In het huidige onderzoek werd de AHE waargenomen bij kamertemperatuur en hoger, tot ongeveer het kookpunt van water. Het genereren van de AHE bij praktische temperaturen zal het gebruik ervan in alledaagse technologieën vergemakkelijken.

“Een belangrijke belofte van nanotechnologie is het bieden van functionaliteiten die je niet kunt krijgen van bulkmaterialen”, zegt Lin. “Onze demonstratie van een onconventioneel abnormaal Hall-effect bij kamertemperatuur en hoger opent een schat aan mogelijkheden voor toekomstige halfgeleidertechnologie, allemaal toegankelijk via conventionele nanofabricageprocessen.”

Het huidige werk zal helpen de dichtheid van gegevensopslag, de efficiëntie van verlichting en de snelheid van elektronische apparaten te verbeteren. Door de nanoschaalarchitectuur van metalen die vaak in de industrie worden gebruikt, nauwkeurig te controleren, zullen onderzoekers een unieke veelzijdige technologie fabriceren die de functionaliteit van natuurlijke materialen overtreft.

Het artikel, “Heterodimensionale superrooster met abnormaal Hall-effect bij kamertemperatuur”, werd gepubliceerd in: Natuur.