Måling af fremskridt inden for nanoteknologisk design:Team bruger laserspektroskopi til at øge båndforskydningen

Ingeniører, der arbejder i nanoskalaen, vil have et nyt værktøj til deres rådighed takket være en international gruppe af forskere ledet af Drexel University's College of Engineering. Denne innovative procedure kunne afhjælpe den vedvarende udfordring med at måle nøgleegenskaber ved elektronadfærd, mens man designer de stadigt krympende komponenter, der tillader mobiltelefoner, bærbare computere og tablets for at blive stadig tyndere og mere energieffektive.

"Grænsefladen mellem to halvledermaterialer muliggør de fleste af de elektroniske gadgets, vi bruger hver dag, fra computere til mobiltelefoner, displays og solceller, " sagde Guannan Chen, en kandidatstuderende i Drexels Materials Science and Engineering-afdeling og hovedforfatteren af ​​gruppens rapport, som for nylig blev offentliggjort i Nano bogstaver . "En af de vigtigste egenskaber ved grænsefladen er højden af ​​det energitrin, der kræves for elektronen at klatre over, kendt som band offset. Nuværende metoder til måling af denne trinhøjde i plane enheder er ikke praktiske for enheder i nanoskala, imidlertid, så vi tog afsted for at finde en bedre måde at foretage denne måling på."

Måling af båndforskydningen, der står over for elektroner, der hopper fra et materiale til et andet, er en nøglekomponent i designprocessen, fordi den styrer redesignet og prototypen af ​​komponenter i nanoskala for at gøre dem så effektive og effektive som muligt.

Brug af laserinduceret strøm i en nanotrådenhed og dens afhængighed af laserens bølgelængde, holdet udtænkte en ny metode til at udlede båndforskydningen. Da de konstant ændrer laserens bølgelængde, de måler fotostrømsreaktionerne. Ud fra disse data er de i stand til at bestemme båndforskydningen.

"Ved at bruge grænsefladen i en koaksial kerne-skal halvleder nanotråd som et modelsystem, vi foretog direkte målinger af båndforskydningen for første gang i nanotrådselektronik, " sagde Chen. "Dette er en vigtig hjørnesten til frit at designe nye nanotrådenheder såsom solceller, LED'er, og højhastighedselektronik til trådløs kommunikation. Dette arbejde kan også strække sig til bredere materialesystemer, som kan skræddersyes til specifik anvendelse."

Studiet, som primært blev finansieret af National Science Foundation, inkluderede også forskere fra Lehigh University, National Research Council – Institute for Microelectronics and Microsystems (IMM-CNR) og University of Salento i Italien, Weizmann Institute of Science og Negev Nuclear Research Center i Israel og University of Alabama. Hver gruppe tilføjede en nøglekomponent til projektet.

"Teamwork og tætte samarbejder er afgørende i dette arbejde, " sagde Guan Sun, ledende forskeren fra Lehigh. "Den glatte kanal til at dele ideer og eksperimentressourcer er værdifuld i teamet, fordi kvaliteten og variationen af ​​materialesystemet er afgørende for at opnå nøjagtige resultater."

Mens Drexels medlemmer designede eksperimenterne, bearbejdet materialerne, lavede nanotrådenheden og udførte spektroskopiske eksperimenter, Sun og Yujie Ding, fra Lehigh, støttede forskningen med komplementære optiske eksperimenter.

Samarbejdspartnerne fra IMM-CNR, Paola Prete, og universitetet i Salento, Ilio Miccoli og Nico Lovergine gik sammen med Hadas Shtrikman, fra Weizmann Institute of Science til at producere den højkvalitets nanotråd, der blev brugt i testen. Patrick Kung, fra University of Alabama, analyseret sammensætningen af ​​nanotråden på atomniveau, og Tsachi Livneh, fra Negev Nuclear Research Center, bidraget til analyserne.

"Denne bemærkelsesværdigt enkle tilgang til at opnå en nøglekarakteristik i individuelle nanotråde er et spændende fremskridt, " sagde Dr. Jonathan Spanier, en professor ved Drexel's College of Engineering, som er den ledende efterforsker af projektet. "Vi forventer, at det vil være en værdifuld metode, da vi udvikler elektroniske enheder i nanoskala med helt nye og vigtige funktioner."

Med en bedre forståelse af materialet og elektronadfærd, holdet vil fortsætte med at forfølge nye optoelektroniske enheder i nanoskala, såsom transistorer med nyt koncept, elektronoverførselsanordninger og fotovoltaiske enheder.