Kaistaeroa tilauksesta

Keinotekoisia 2D-kiteitä

Puolijohdemateriaalien tutkijat etsivät täydellistä materiaalia ja tapaa muokata sitä saadakseen siihen täsmälleen oikean elektronisen tai optisen aktiivisuuden eli kaistaeron, joka tarvitaan tietylle sovellukselle.

Kun elektroniikan rakenteet ovat kutistuneet lähes atomien tasolle, niitä ei voi enää saada paljon pienemmiksi. Tämän ongelman kiertämiseksi tutkijat etsivät keinoja hyödyntää nanomittakaavan atomiklusteriryhmien uniikkeja ominaisuuksia - joita kutsutaan kvanttipisteiden superhiloiksi. Niihin tukeutuen voisi rakentaa seuraavan sukupolven elektroniikkaa.

UC Santa Barbaran vetämä uusi yhteistyötutkimus on saavuttanut merkittävää edistystä tarkkojen superhilamateriaalien suhteen.

Työssä käytettiin keskitettyä elektronisädettä suurialaisen kvanttipisteisen superhilanrakenteen valmistamiseksi. Siinä kaikilla kvanttipisteillä on tietty ennalta määrätty koko ja tarkka paikka kaksiulotteisen puolijohteisen molybdeeni disulfidin (MoS2) levyllä.

Elektronisäteen vuorovaikutus MoS2:n kanssa muuttaa tarkoitetut alueet puolijohtavasta metalliseksi. Näin muodostuneet kvanttipisteet voidaan sijoittaa alle neljän nanometrin etäisyydelle toisistaan siten, että niistä tulee keinotekoinen kide. Täten syntyy uudenlainen 2D-materiaali, jossa kaista-aukkoa voidaan määrittää kuin tilauksesta välillä 1,8 - 1,4 elektronivolttia (eV).

Tämä on ensimmäinen kerta, kun tiedemiehet ovat luoneet suurialaisen 2D-superhilan - nanomittakaavan atomiklusterit järjestyneessä ruudukossa - atomisesti ohuen materiaalin, jolla kvanttipisteiden kokoa ja sijaintia hallitaan.

Prosessia voidaan soveltaa myös suoraan laajamittaiseen 2D-kvanttipiste superhilan valmistamiseen. "Siksi voimme muuttaa 2D-kiteen yleisiä ominaisuuksia", toteaa professori Kaustav Banerjee.

Kvanttipisteisiä superhiloja on tutkittu aiemminkin tässä tarkoituksessa mutta ne on tehty alhaalta ylöspäin -menetelmillä, joissa atomit yhdistyvät luonnollisesti ja spontaanisti makro-objektin muodostamiseksi. Näillä menetelmillä on kuitenkin vaikea saada hilarakenne halutunlaiseksi.

Tutkijoiden ylhäältä alas lähestymistapa voittaa satunnaisuuden ja sillä saa superhilan pisteet niin lähelle toisiaan, että elektronit ovat yhteen kytkeytyneitä, mikä on tärkeä vaatimus kvanttilaskennalle.