Alkeispuolijohteita, joilla on viritettäviä elektronisia ominaisuuksia

(5.6.2025) Tutkijat ovat osoittaneet, että käyttämällä joustavilla sidoksilla varustettua puolijohdetta materiaalia voidaan muovata erilaisiksi rakenteiksi nanosäiliöiden avulla muuttamatta sen koostumusta. Löytö voi johtaa erilaisten räätälöityjen elektronisten laitteiden suunnitteluun käyttämällä vain tätä yhtä alkuainetta.

Tutkijat Nottinghamin yliopistosta, EPSRC SuperSTEM -laitoksesta, Ulmin yliopistosta ja BNNT LLC:sta Yhdysvalloista kuvansivat seleenin uusia muotoja läpäisyelektronimikroskopialla käyttäen läpinäkyviä boorinitridisiä nanoputkia pieninä koeputkina.

Nottinghamin tohtori Will Cull, joka suoritti kokeellisen työn, sanoi: "Seleeni on vanha puolijohde, jolla on rikas historia, sillä sitä on käytetty ensimmäisissä aurinkokennoissa. Tutkimuksessamme olemme elvyttäneet seleeniä löytämällä uusia muotoja, jotka voivat syntyä nanomittakaavassa."

Seleeni voi esiintyä nanolankojen muodossa, joiden rakenne ja sidokset vaihtelevat halkaisijan mukaan. Tietyn koon alapuolella seleeniatomien välinen sidos muuttuu, mikä lisää sidoskulmia. Tämä aiheuttaa alun perin kierteisen rakenteen suoristumisen, joka lopulta supistaa sen atomitasoisiksi ohuiksi langoiksi.

"Hämmästykseksemme havaitsimme, että nanokoeputki oheni kuvantamisen myötä! Silmiemme edessä näimme nanoputken sisällä olevan seleeninanolinjan puristuvan kuin hammastahna, venyvän ja ohenevan. Tämä onnekas löytö mahdollisti sen, että pystyimme luomaan mekanismeja, joilla nanolankatyyppi voidaan muuntaa toiseksi lähes atomaarisella tarkkuudella. Tällä on vaikutuksia nanolankojen elektronisiin ominaisuuksiin," toteaa Tohtori Will Cull.

Energiaväli on puolijohteiden ratkaiseva ominaisuus, jolla on merkittävä vaikutus niiden käyttöön erilaisissa rakenteissa, kuten aurinkokennoissa, transistoreissa ja fotokatalyyteissä.

Atomierotteista pyyhkäisyelektronimikroskopia yhdistettynä elektronienergiahäviöspektroskopiaan tutkijat pystyivät mittaamaan yksittäisten seleeniketjujen energiavälit. Näiden mittausten avulla he pystyivät selvittämään näiden nanolankojen halkaisijan ja niitä vastaavien energiavälien välisen suhteen."

Professori Andrei Khlobystov Nottinghamin yliopiston sanoi: "Olemme tutkineet nanolankojen koon lopullista rajaa säilyttäen samalla hyödylliset elektroniset ominaisuudet. Tämä on mahdollista seleenin tapauksessa, koska kvanttirajoitusilmiötä voidaan tehokkaasti tasapainottaa atomirakenteen vääristymillä, jolloin energiaväli pysyy hyödyllisellä alueella."

Tutkijat toivovat, että näitä uusia materiaaleja voidaan käyttää elektronisissa rakenteissa tulevaisuudessa. Seleenin kaistavälin tarkka säätäminen muuttamalla nanolangan halkaisijaa voisi johtaa erilaisten räätälöityjen elektronisten laitteiden suunnitteluun käyttämällä vain yhtä elementtiä.

Aiheesta aiemmin:

Nanoputket voivat puristaa esiin uusia materiaaleja

Uusi materiaali tietotekniikan puolijohdeteollisuudelle