Lasere og flammer:Teknik kan forbedre ydeevnen af ​​højteknologiske materialer

At introducere kemiske urenheder til et materiale for at skræddersy dets egenskaber eller ydeevne - nogle gange kaldet doping - har længe vist sig at være afgørende i elektronikteknik, især fremstilling af halvledere og andre mikroelektroniske komponenter.

Doping af et mikroskopisk tyndt lag diamant med bor, for eksempel, klargør den til brug i elektrokemiske sensorer ved at gøre den mere følsom over for midler, den er indstillet til at detektere. Desværre, doping kan blande den præcist ordnede atomstruktur af diamant og andre krystallinske materialer, aftagende ledningsevne og andre egenskaber, der gør dem så værdsatte i første omgang.

Nebraskas Yongfeng Lu og kolleger besluttede at eksperimentere med en ny laserbaseret tilgang til krystallinitetsproblemet, ved at bruge bor-doteret diamant som et casestudie.

Flammer kan bruges til at forbrænde gasformige kemikalier, giver molekyler, der derefter reagerer med et underliggende materiale og belægger det med det ønskede dopingmiddel. Efter at have affyret en finjusteret laser mod en flamme for at ændre den kemi, der finder sted i den, forskerne fandt ud af, at den resulterende bor-doterede diamant kunne prale af højere krystallinsk integritet, end den gjorde uden laseren.

Denne krystallinitet tillod elektriske ladninger at bevæge sig hurtigere gennem materialet end en kommercielt tilgængelig modpart. Da forskerne prøvede materialet som en elektrode i en glukosesensor - den slags, der bruges til at teste for diabetes - fandt de ud af, at det kunne registrere lavere koncentrationer af sukkeret. Og selve den bor-doterede diamant voksede faktisk med en væsentlig hurtigere hastighed, når den blev fremstillet med laseren end uden.

Yderligere undersøgelse af de generelle principper og specifikke resultater ved anvendelse af lasere, når dopingmaterialer kan hjælpe med at udvide den krystallinske flaskehals, som længe har begrænset halvlederindustrien, sagde forskerne. At balancere fordelene ved doping og krystallinitet kan hjælpe med at forfine materialer, der er kritiske i mikroelektronik, optik, sansning og energilagring.