Let op de band Gap: onderzoekers creëren nanoschaal vormen van elementaire halfgeleider met instelbare elektronische eigenschappen

Onderzoekers hebben aangetoond dat door een halfgeleider met flexibele bindingen te gebruiken, het materiaal in verschillende structuren kan worden gevormd met behulp van nano -containers, zonder de samenstelling ervan te wijzigen. De ontdekking kan leiden tot het ontwerp van een verscheidenheid aan aangepaste elektronische apparaten met slechts één element.

Halfgeleiders zijn van vitaal belang voor ons dagelijks leven, zoals ze worden gevonden in bijna elk elektronisch apparaat. Een van de belangrijkste kenmerken van halfgeleiders is hun bandafstand, die bepaalt hoe ze elektrische stroom leiden. De bandafstand wordt meestal ontworpen voor specifieke toepassingen door chemische bindingen te verbreken of extra elementen in het materiaal te introduceren. Deze processen kunnen echter complex en energie-intensief zijn.

Onderzoekers van de Universiteit van Nottingham, de EPSRC Superstem Facility, ULM University in Duitsland en BNNT LLC in de VS hebben nieuwe vormen van selenium afgebeeld met behulp van transmissie -elektronenmicroscopie, die nanobuizen gebruiken als kleine testbuizen. De studie is gepubliceerd in Geavanceerde materialen.

Dr. Will Cull, onderzoeker in School of Chemistry, University of Nottingham, die het experimentele werk uitvoerde, zei: “Selenium is een oude halfgeleider met een rijke geschiedenis, die in de eerste zonnecellen is gebruikt. In ons onderzoek hebben we gerevitaliseerd selenium door nieuwe vormen te ontdekken die kunnen opkomen wanneer ze worden beperkt tot de nanoscale.”

Selenium kan bestaan ​​als nanodraden, met zijn structuur en binding variërend per diameter. Onder een bepaalde grootte verandert de binding tussen seleniumatomen, waardoor bindingshoeken toenemen. Dit veroorzaakt het rechtzetten van de aanvankelijk spiraalvormige structuur, waardoor het uiteindelijk wordt beperkend in atomisch dunne draden.

Dr. Will Cull zei: “We hebben met succes nieuwe vormen van selenium afgebeeld met behulp van transmissie -elektronenmicroscopie, waarbij nanobuisjes worden gebruikt als kleine testbuizen. Deze benadering stelde ons in staat om een ​​nieuw fasediagram te maken dat de atoomstructuur van selenium verbindt met de diameter van de nanodraden.”

De Nottingham -groep rapporteerde eerder met behulp van nanotestbuizen om chemische reacties van individuele moleculen in beeld te brengen en om fase -overgangen in halfgeleiders te observeren. Deze aanpak maakt realtime filmen van chemie op atomair niveau mogelijk.

Dr. Will Cull zei: “Tot onze verbazing hebben we opgemerkt dat de Nano -testbuis dunner werd toen we hem ingenomen! Vóór onze ogen waren we getuige van de selenium nanodraad in de nanobuis die als tandpasta, stretchen en dunner werd.

“Met deze serendipiteuze ontdekking konden we mechanismen vaststellen voor de transformatie van het ene type nanodraad naar het andere, die gevolgen hebben voor hun elektronische eigenschappen, met bijna atomaire precisie.”

De bandafstand is een cruciale eigenschap van halfgeleiders die hun gebruik in verschillende apparaten aanzienlijk beïnvloeden, waaronder zonnecellen, transistoren en fotokatalysatoren. Professor Quentin Ramasse, directeur van EPSRC Superstem, zei: “Door gebruik te maken van atomisch opgeloste scanning -transmissie -elektronenmicroscopie in combinatie met elektronenergieverliesspectroscopie, konden we de bandopeningen van individuele ketens van selenium meten. Deze metingen stelden ons in staat om een ​​relatie tussen de diameter van deze nanowires en hun overeenkomstige band GAPS te meten.”

Professor Quentin Ramasse zei: “Traditioneel zijn koolstofnanobuisjes gebruikt als nano -testbuizen; hun uitstekende energieabsorptie -eigenschappen kunnen echter de elektronische overgangen van het materiaal binnenin verdoezelen. In tegenstelling tot een nieuw type nano -testbuis, boron nitride nanotubs, is transparant, wat de standen van de botsing in hen te observeren.”

De wet van de beroemde Moore stelt dat het aantal transistoren op een geïntegreerd circuit ongeveer om de twee jaar verdubbelt. Als gevolg hiervan moeten elektronische componenten kleiner worden.

Professor Andrei Khlobystov, School of Chemistry, University of Nottingham, zei: “We hebben de uiteindelijke limiet voor nanodraadgrootte onderzocht, terwijl het behouden van nuttige elektronische eigenschappen. Dit is mogelijk voor selenium omdat het fenomeen van kwantumverbetering effectief kan worden gebalanceerd door vervorming in de atomische structuur, waardoor de band GAP wordt toegestaan.”

De onderzoekers hopen dat deze nieuwe materialen in de toekomst in elektronische apparaten zullen worden opgenomen. Het nauwkeurig afstemmen van de bandafstand van selenium door de diameter van de nanodraad te wijzigen, kan leiden tot het ontwerp van een verscheidenheid aan aangepaste elektronische apparaten met slechts één element.