Uusi piin muoto voi mullistaa piisovelluksia

Northeastern Universityn professori Yung Joon Jung ja hänen työtoverinsa Moneesh Upmanyu ovat saavuttaneet merkittävän edistyksen nanolankasynteesissä.

He ovat löytäneet uuden erittäin tiheän piin muodon ja halliten sen tuottavaa uutta skaalautuvaa katalyytitöntä etsausprosessia erittäin pienten materiaalien tuottamiseksi. Tuloksena on halkaisijaltaan kahdesta viiteen nanometriä ja sadan mikronin pituisia piinanolankoja.

Erilaisten yllätysten ja ihmettelyjen kautta ja lopulta laskennallisen analyysin ja mallinnuksen avulla Upmanyu pystyi osoittamaan, että epätavallisista ominaisuuksista huolimatta uusi materiaali oli piin muoto, jonka päällä oli erittäin ohut oksidikerros, joka todennäköisesti auttaa ylläpitämään rakenteellista puristusta, hän sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

"Tämä materiaali on erittäin lupaava", hän sanoo. "Tuo puristus on mielestäni kaikkien näiden mielenkiintoisten ominaisuuksien ytimessä."

Perinteinen pii ei kestä korkeita lämpötiloja ja sen kaistanväli on 1,11 elektronivolttia. Uuden materiaalin ultraleveä kaistanväli on 4,16 eV, mikä on maailmanennätys, Jung toteaa.

Erittäin leveä kaistaero tarkoittaa, että materiaali tarvitsee suurempia ärsykkeitä johtaakseen sähköä, mutta se voi toimia myös suurella teholla sekä korkeilla lämpötiloilla ja taajuuksilla.

Toisin kuin tavallinen pii, uusi materiaali kestää erittäin hyvin hapettumista. Se pystyy myös emittoimaan sinistä ja violettia valoa, jota voidaan käyttää ultraviolettivalaistukseen ja sinisissä valodiodeissa. Tavallisen piin kaistaero ei salli ultraviolettivalon prosessointia tai sen hyödyntämistä esimerkiksi aurinkosähkön tuottamisessa.

Jung ja hänen tutkimusryhmänsä ovat samalla luoneet uuden menetelmän piinanolankojen valmistamiseksi. Kyseessä on kemiallinen höyryetsaus, joka poistaa materiaalia kiteiden kasvattamisen sijaan. Tuloksena on nanolankoja, jotka ovat 10-20 kertaa pienempiä kuin nykyiset kaupalliset piinanolangat.Suurempi kuva menetelmästä.

Tunnetuissa nanolankojen synteesiprosesseissa käytetään katalyyttihiukkasia piikiteiden kasvattamiseen mutta yleensä se mutkistaa valmistusta.

Tutkijoiden mukaan kemiallinen höyryetsausmenetelmä voi olla hyödyllinen monille muillekin materiaaleille ja erittäin houkutteleva puolijohdeteollisuudelle.

Tutkijoiden mukaan tästä uudesta materiaalista valmistetut piinanolangat sopivat tehoelektroniikkaan, transistoreihin, diodeihin ja ledeihin. Niissä voidaan manipuloida myös erilaisiamielenkiintoisia kvantti-ilmiöitä niiden erittäin pienen koon vuoksi, mikä tekee tästä materiaalista lupaavan kvantti-informaation käsittelyyn ja ehkä jopa kvanttilaskentaan.

Tiedemiehet ovat edelleen kiinnostuneita ymmärtämään paremmin koko prosessin taustalla olevaa kemiaa ja selvittämään, miksi tämä piimuodon puristus on niin vakaa. He etsivät myös yhteistyökumppaneita, jotka ovat kiinnostuneita valmistamaan laitteita tästä uudesta piimateriaalista.

Aiheesta aiemmin: