Halvledere kan opføre sig som metaller og endda som superledere

Krystalstrukturen på overfladen af ​​halvledermaterialer kan få dem til at opføre sig som metaller og endda som superledere, et fælles Swansea/Rostock -forskerteam har vist. Opdagelsen åbner potentielt døren til fremskridt som mere energieffektive elektroniske enheder.

Halvledere er de aktive dele af transistorer, integrerede kredsløb, sensorer, og LED'er. Disse materialer, hovedsagelig baseret på silicium, er kernen i nutidens elektronikindustri.

Vi bruger deres produkter næsten konstant, i moderne tv-apparater, i computere, som belysningselementer, og selvfølgelig som mobiltelefoner.

Metaller, på den anden side, ledninger de aktive elektroniske komponenter og er rammen for enhederne.

Forskerholdet, ledet af professor Christian Klinke fra Swansea Universitys kemiafdeling og University of Rostock i Tyskland, analyserede krystallerne på overfladen af ​​halvledermaterialer.

Anvendelse af en metode kaldet kolloidal syntese til blysulfid -nanotråde, holdet viste, at bly- og svovlatomerne, der udgør krystallerne, kunne arrangeres på forskellige måder. Afgørende, de så, at dette påvirkede materialets egenskaber.

I de fleste konfigurationer er de to typer atomer blandet, og hele strukturen viser halvledende adfærd som forventet.

Imidlertid, holdet fandt ud af, at en bestemt "skar" gennem krystallen, med de såkaldte {111} facetter på overfladen, som kun indeholder blyatomer, viser metallisk karakter.

Det betyder, at nanotrådene fører meget højere strømme, deres transistoradfærd er undertrykt, de reagerer ikke på belysning, som halvledere ville, og de viser omvendt temperaturafhængighed, typisk for metaller.

Dr. Mehdi Ramin, en af ​​forskerne fra Swansea/Rostock-holdet, sagde:

"Efter at vi opdagede, at vi kan syntetisere blysulfid nanotråde med forskellige facetter, hvilket får dem til at ligne lige eller zigzag ledninger, vi tænkte, at det måtte have interessante konsekvenser for deres elektroniske egenskaber.

Men disse to adfærd var en stor overraskelse for os. Dermed, vi begyndte at undersøge konsekvenserne af formen mere detaljeret."

Holdet gjorde derefter en anden opdagelse:ved lave temperaturer opfører huden på nanostrukturerne sig endda som en superleder. Det betyder, at elektronerne transporteres gennem strukturerne med væsentligt lavere modstand.

Professor Christian Klinke fra Swansea University og Rostock University, hvem ledede forskningen, sagde:

"Denne adfærd er forbløffende og skal bestemt undersøges yderligere i meget mere detaljeret.

Men det giver allerede nye spændende indsigter i, hvordan det samme materiale kan besidde forskellige grundlæggende fysiske egenskaber afhængigt af dets struktur og hvad der kan være muligt i fremtiden.

En mulig anvendelse er tabsfri energitransport, hvilket betyder, at ingen energi spildes.

Gennem yderligere optimering og overførsel af princippet til andre materialer, der kan gøres betydelige fremskridt, hvilket kan føre til nye effektive elektroniske enheder.

Resultaterne præsenteret i artiklen er blot et første skridt i, hvad der helt sikkert vil blive en lang og frugtbar rejse mod ny spændende kemi og materialers fysik."