Solcelleforbindelse sonderet under tryk

Gallium arsenid, GaAs, en halvleder sammensat af gallium og arsen er velkendt for at have fysiske egenskaber, der lover praktiske anvendelser. I form af nanotråde og nanopartikler, det har et særligt potentiale til brug ved fremstilling af solceller og optoelektronik i mange af de samme applikationer, som silicium er almindeligt anvendt.

Men GaAs's naturlige halvledende evne kræver en vis justering for at gøre den mere ønskværdig til brug ved fremstilling af disse typer produkter. Nyt arbejde fra et team ledet af Carnegies Alexander Goncharov udforsker en ny tilgang til en sådan tuning. Deres arbejde er udgivet i Videnskabelige rapporter . Forskerholdet omfatter Wei Zhou, Xiao-Jia Chen, Xin-Hua Li og Yu-Qi Wang fra det kinesiske videnskabsakademi og Jian-Bo Zhang fra South China University of Technology.

Metalliske stoffer leder let elektrisk strøm, hvorimod isolerende (ikke-metalliske) materialer overhovedet ikke leder nogen strøm. Halvledende materialer udviser elektrisk ledningsevne i mellemområdet. Når halvledende materialer udsættes for en tilførsel af en bestemt energi, bundne elektroner kan flyttes til højere energi, ledende stater. Den specifikke energi, der kræves for at gøre dette spring til den ledende tilstand, defineres som "båndgabet". Finjustering af dette båndgab har potentialet til at forbedre galliumarsenids kommercielle potentiale.

Der er forskellige metoder tilgængelige til at lave små justeringer af "båndgabet". Goncharovs team fokuserede på den nye anvendelse af meget højt tryk, som kan få en forbindelse til at gennemgå elektroniske ændringer, der kan ændre materialers elektronbæreregenskaber. Det var allerede blevet demonstreret på nanotråde lavet af en krystallinsk form af galliumarsenid - den kubiske såkaldte "zincblende" struktur - at "båndgabet" udvides under tryk.

Den nuværende forskning fokuserede i stedet på nanotråde af en mindre almindelig krystallinsk form - den sekskantede såkaldte "wurtzite" struktur. Holdet udsatte "wurtzite" galliumarsenid for op til omkring 227, 000 gange normalt atmosfærisk tryk (23 gigapascal) i diamantamboltceller. De opdagede "båndgabet", som elektronerne skal springe over, for at blive udvidet, selvom ikke så meget som i tilfældet med "zincblende" krystal nanotråde.

Væsentligt, de opdagede, at omkring 207, 000 gange normalt atmosfærisk tryk (21 gigapascal), "wurtzite" gallium arsenid nanotrådene gennemgik en strukturel ændring, der inducerede en ny fase, den såkaldte "orthorhombiske", som muligvis kan have metalliske elektroniske egenskaber.

"Ligheden i adfærd, når den udsættes for højt pres, men resulterer i betydelige forskelle i størrelsen af ​​'båndgabet', mellem de to krystallinske strukturer af galliumarsenid tyder på, at begge typer GaAs-strukturer teoretisk set kunne inkorporeres i en enkelt enhed, eller endda en enkelt nanotråd, og realisere meget mere komplekse og nyttige elektroniske funktioner gennem interaktioner på tværs af faserne, " sagde Goncharov. "Vi mener, at disse resultater vil stimulere yderligere forskning i galliumarsenid til både grundlæggende videnskabelige og praktiske formål."