Ledning af energi på nanoskala

Moderne elektronik, som vi kender dem, fra fjernsyn til computere, afhænge af ledende materialer, der kan kontrollere elektroniske egenskaber. Efterhånden som teknologien skrumper ned til kommunikationsenheder i lommestørrelse og mikrochips, der kan passe på hovedet af en nål, ledende materialer i nanostørrelse er i stor efterspørgsel.

Nu, Prof. Eran Rabani fra Tel Aviv University's School of Chemistry ved Raymond og Beverly Sackler Fakultet for eksakte videnskaber, i samarbejde med Profs. Uri Banin og Oded Millo ved det hebraiske universitet, har været i stand til at demonstrere, hvordan halvledernanokrystaller kan dopes for at ændre deres elektroniske egenskaber og bruges som ledere. Dette åbner en verden af ​​muligheder, siger prof. Rabani, med hensyn til anvendelser af små elektroniske og elektro-optiske enheder, såsom dioder og fotodioder, elektriske komponenter, der bruges i mobiltelefoner, digitale kameraer, og solpaneler.

Solpaneler er typisk lavet fra et pn-kryds. Når de absorberer lys, krydset adskiller de negativt ladede elektroner og de positivt ladede huller, producerer en elektrisk strøm, forklarer prof. Rabani. "Med denne nye metode til doping af nanokrystaller for at gøre dem til både p- og n-type, vi håber, at solpaneler ikke kun kan gøres mere effektive, men også billigere " siger han. Denne forskning er for nylig blevet offentliggjort i tidsskriftet Science.

Krystalklare fremskridt

Ifølge prof. Rabani, søgen efter elektrisk doping af nanokrystaller har været en kamp op ad bakke. Krystallerne selv har kapaciteten til selv at rense, hvilket betyder, at de renser sig for dopingstoffer. Også, tilføjer han, nogle af de syntetiske metoder til doping var problematiske på nano-skala - krystallerne var ude af stand til at modstå dopingteknikker, der var gældende for bulk-halvledere.

Nøglen, forklarer prof. Rabani, var at finde en metode til at dope nanokrystallerne uden at "blege" deres optiske egenskaber – og derfor ophæve deres absorptionsevne. Hvis du kan dope nanokrystaller på denne måde, han siger, det åbner døren til mange praktiske anvendelser baseret på nanokrystallinske materialer. "Uanset hvad du kan gøre med nanokrystaller, du kan klare dig med dopede nanokrystaller – og mere ved at kontrollere deres elektroniske egenskaber."

Disse udfordringer blev omgået ved brug af rumtemperaturdiffusionskontrollerede reaktioner. Krystallerne blev badet i en opløsning, der indeholdt dopingstofferne, hvor langsom diffusion gjorde det muligt for urenheder at finde vej ind i nanokrystallen.

Forskerne brugte et scanning tunneling mikroskop (STM), en enhed, der afbilder overflader på atomniveau, for at afgøre, hvor vellykket deres dopingprocedure er. Disse målinger viste, hvordan Fermi-energien i nanokrystallerne ændrede sig ved doping, en nøglefunktion i at kontrollere elektroniske enheders elektroniske egenskaber. Resultaterne, bemærker prof. Rabani, indikerer, at nanokrystallerne er blevet dopet med begge n-type dopingmidler, indikerer tilstedeværelsen af ​​overskydende elektroner i nanokrystallerne, og p-type, som bidrager med positivt ladede huller til halvlederne. Dette vil tillade deres brug i elektronik, der kræver et pn-kryds, såsom solpaneler, lysdioder, og mere.

Udvidelse af nanokrystalspektret

Ikke alene lykkedes det prof. Rabani og hans medforskere at dope nanokrystaller uden at blege deres optiske egenskaber, men de var også i stand til at kontrollere de optiske egenskaber, nemlig farveområdet, som nanokrystallerne producerer. Når først dopet, nanokrystalpartiklerne kan ændre sig i farve, bliver mere rød eller blå. Prof. Rabani og hans kolleger var i stand til at udvikle en teori til at forklare disse observationer.

Prof. Rabani siger, at denne teknologi kan nå langt. Doping halvledere, han forklarer, har været afgørende for udviklingen af ​​teknologi. "Parallelt med dette, vi ved også, at vi vil gøre elektriske komponenter meget små. En stor del af fremtidens elektronik eller optik kommer til at være baseret på dopingnanopartikler."