Krystalhjørnerne:Ny nanotrådstruktur har potentiale til at øge anvendelsen af ​​halvledere

Der er store nyheder i de små tings verden. Ny forskning ledet af University of Cincinnati fysikprofessorer Howard Jackson og Leigh Smith kunne bidrage til bedre måder at udnytte solenergi på, mere effektive luftkvalitetssensorer eller endnu stærkere sikkerhedsforanstaltninger mod biologiske våben som miltbrand. Og det hele starter med noget, der er 1, 000 gange tyndere end det typiske menneskehår – en halvleder nanotråd.

UC's Jackson, Smith, nyuddannet ph.d.-studerende Melodie Fickenscher og fysikdoktorand Teng Shi, såvel som adskillige kolleger fra hele USA og rundt om i verden har for nylig udgivet forskningspapiret "Optical, Strukturelle og numeriske undersøgelser af GaAs/AlGaAs Core-Multishell Nanowire Quantum Well Tubes" i Nano bogstaver , et førende tidsskrift om nanovidenskab og nanoteknologi udgivet af American Chemical Society. I avisen, holdet rapporterer, at de har opdaget en ny struktur i en halvleder nanotråd med unikke egenskaber.

"Denne form for struktur i gallium arsenid/aluminium gallium arsenid systemet var ikke blevet opnået før, " siger Jackson. "Det er nyt med hensyn til, hvor du finder elektronerne og hullerne, og rumligt er det en ny struktur."

Øjne på størrelse og svingende elektroner

Disse små strukturer kan have en stor effekt på en række forskellige teknologier. Halvledere er i centrum for moderne elektronik. computere, Tv og mobiltelefoner har dem. De er lavet af den krystallinske form af elementer, der har videnskabeligt gavnlige elektriske ledningsevneegenskaber. Mange halvledere er lavet af silicium, men i dette tilfælde er de lavet af galliumarsenid. Og selvom udbredt brug af disse tynde nanotråde i nye enheder stadig er lige om hjørnet, nøglen til at gøre dette resultat til virkelighed i de kommende år er, hvad der er i hjørnet.

Ved at bruge en tynd skal kaldet et kvantebrøndrør og dyrke den – til omkring 4 nanometer tyk – omkring nanotrådkernen, forskerne fandt, at elektroner i nanotråden var fordelt på en usædvanlig måde i forhold til facetterne af det sekskantede rør. Et nøje kig på hjørnerne af rørets facetter afslørede noget uventet – en høj koncentration af grundtilstandselektroner og huller.

"At have faceteringen betyder virkelig noget. Det ændrer boldspillet, ", siger Jackson. "Justering af kvantebrøndrørets bredde giver dig mulighed for at kontrollere energien – hvilket ville have været forventet – men derudover har vi fundet ud af, at der er en meget lokaliseret jordtilstand i hjørnerne, som så kan give anledning til ægte kvantenanotråde. "

De nanotråde, som holdet bruger til deres forskning, er dyrket på Australian National University i Canberra, Australien – en partner i dette projekt, der strækker sig til forskellige dele af kloden.

Påvirker videnskaben om småt i stor stil

Holdets opdagelse åbner en ny dør til yderligere undersøgelse af den grundlæggende fysik af halvleder nanotråde. Med hensyn til at føre til fremskridt inden for teknologi såsom fotovoltaiske celler, Jackson siger, at det er for tidligt at sige, fordi kvante nanotråde netop nu bliver udforsket. Men i en verden, hvor teknologi for hundredvis af dollars er pakket ind i en 5 x 2,5 tommer iPhone, det er ikke svært at se, hvor lille, men kraftfuld videnskab har en præmie.

Holdet på UC er et af kun omkring et halvt dusin i USA, der udfører konkurrencedygtig forskning på området. Det er en forholdsvis ung disciplin, også, Jackson siger, og en der bevæger sig hurtigt. For så innovativ videnskab, han siger, at det er vigtigt at have en fælles indsats. Holdet omfatter forskere fra forskningscentre i Midtvesten, vestkysten og hele vejen Down Under:UC, Miami University of Ohio og Sandia National Laboratories i Californien her i USA; og Monash University og Australian National University i Australien.

Teamets indsats er endnu et eksempel på, hvordan UC ikke kun skiller sig ud som førende inden for videnskab i topklasse, men også i at forme disciplinens fremtid ved at give sine studerende uddannelses- og forskningsmuligheder af høj kvalitet.

"Vi træner elever i state-of-the-art teknikker på state-of-the-art materialer, der laver state-of-the-art fysik, " siger Jackson. "Efter at have afsluttet deres uddannelse her, de er positioneret til at gå ud og yde deres egne bidrag."