Metal nanokluster kan bruges som halvledere:Nøgleegenskaber observeret for første gang

Små nanoklynger af metalatomer - såsom guld og sølv - har egenskaber, der betyder, at de kan bruges som halvledere, et fælles Swansea-Hamburg forskerhold har opdaget.

Fundet åbner døren til en bred vifte af potentielle nye applikationer, fra telefonskærme og fladere skærme til bærbar teknologi.

Halvledere er kernen i moderne elektronik. Blandt deres mange anvendelser er i displayenheder til mobiltelefoner og fjernsyn, lysdetektorer, og solceller til at levere energi.

De to hovedtyper af partikelbaserede halvledere, der allerede er i brug, er kolloide kvanteprikker og organiske halvledere. Disse materialer er på nanoskala. Deres lille størrelse betyder, at de er underlagt et fænomen, der kaldes kvanteindeslutning, som forårsager ændringer i deres optiske og elektroniske egenskaber. Disse ændringer gør dem velegnede til deres påtænkte anvendelser.

Metal nanoclusters kombinerer aspekter af begge disse andre materialer. Ligesom kolloide kvanteprikker, de er meget stabile. Ligesom organiske halvledere, de er atomært præcise, eller molekylær, indeholdende et bestemt antal atomer i deres metalliske kerne.

Imidlertid, på trods af at de indeholder alle de rigtige ingredienser, metal nanokluster havde aldrig før vist sig at vise halvledende egenskaber.

Det var her, Swansea-Hamburg-holdet fik gennembruddet.

Holdet udtænkte en måde at lave film af nanocluster bestående af 25 guldatomer (Au25). De observerede derefter, at nanoclusterne udviste halvledende egenskaber. Specifikt, de observerede felteffekt og fotoledningsevne i fototransistorer lavet af disse film. Disse unikke egenskaber er kendetegn for alle halvledende materialer.

Holdet består af forskere fra Swansea Universitys kemiafdeling og Universitetet i Hamborg i Tyskland.

Professor Christian Klinke fra Swansea University kemi afdeling forklarede de potentielle anvendelser af dette fund:

"Opdagelsen af ​​halvledende egenskaber i metalnanoklynger kan bane vejen for en række nye anvendelser, fra felteffekttransistorer og fotodetektorer til lysemitterende dioder og solceller.

Disse enheder kunne fremstilles på fleksible baser. Mange metal nanoklynger, inklusive dem, vi undersøgte i denne rapport, har næsten uendelig stabilitet, hvilket kunne gøre dem velegnede til inkjet-printapplikationer.

Vi skal bygge videre på denne opdagelse og forfine teknikken yderligere. Men denne opdagelse peger vejen frem. Det viser, at vi kan bruge metal nanoclusters til at producere højkvalitets halvledende film, der er nemme at samle."

Andre forskere fra holdet forklarede andre potentielle anvendelser:

Dr. Andrés Black fra universitetet i Hamburg sagde:

"Metalkernens affinitet til forskellige molekylære funktionaliteter kan gøre dem meget følsomme gassensorer"

Michael Galchenko, også fra universitetet i Hamburg sagde:

"Integrationen med andre lavdimensionelle materialer kunne give heterostrukturer med nye og interessante funktionaliteter."

Professor Owen Guy, leder af Swansea Universitys kemiafdeling, sagde:

"Halvledere er et stort fokus for vores arbejde her hos Swansea, både i vores kemiafdeling og vores Center for NanoHealth. Christians arbejde er meget spændende for næste generations halvledermaterialer - et område, hvor Swansea University leder aktiviteter, med vores branchepartnere.

Disse fund, muliggjort af vores tætte forbindelser med Hamborg, er et væsentligt skridt fremad på området. Det viser, at for forskning, hvad angår undervisning, vores kemiafdeling er i front”.

Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet, Avancerede materialer .