Het introduceren van chemische onzuiverheden in een materiaal om de eigenschappen of prestaties aan te passen - ook wel doping genoemd - is al lang van vitaal belang gebleken in de elektronische engineering, vooral de fabricage van halfgeleiders en andere micro-elektronische componenten.

Een microscopisch dunne laag diamant dopen met boor, bijvoorbeeld, maakt het klaar voor gebruik in elektrochemische sensoren door het gevoeliger te maken voor agenten die het moet detecteren. Helaas, doping kan de nauwkeurig geordende atomaire structuur van diamant en andere kristallijne materialen door elkaar halen, afnemende geleidbaarheid en andere eigenschappen die ze in de eerste plaats zo gewaardeerd maken.

Nebraska's Yongfeng Lu en collega's besloten te experimenteren met een opkomende lasergebaseerde benadering van het kristalliniteitsprobleem, met boor gedoteerde diamant als een case study.

Vlammen kunnen worden gebruikt om gasvormige chemicaliën te verbranden, waardoor moleculen ontstaan ​​die vervolgens reageren met een onderliggend materiaal en het met de gewenste doteringsstof omhullen. Na het afvuren van een fijn afgestemde laser op een vlam om de chemie die erin plaatsvindt te wijzigen, de onderzoekers ontdekten dat de resulterende met boor gedoteerde diamant een hogere kristallijne integriteit had dan zonder de laser.

Door die kristalliniteit konden elektrische ladingen sneller door het materiaal bewegen dan een in de handel verkrijgbare tegenhanger. Toen de onderzoekers het materiaal uitprobeerden als een elektrode in een glucosesensor - het soort dat wordt gebruikt om diabetes te testen - ontdekten ze dat het lagere suikerconcentraties kon detecteren. En de met boor gedoteerde diamant zelf groeide aanzienlijk sneller wanneer hij met de laser werd vervaardigd dan zonder.

Verdere bestudering van de algemene principes en specifieke resultaten van het toepassen van lasers bij dopingmaterialen zou kunnen helpen het kristallijne knelpunt te vergroten dat de halfgeleiderindustrie lange tijd heeft beperkt, aldus de onderzoekers. Het balanceren van de voordelen van doping en kristalliniteit kan helpen bij het verfijnen van essentiële materialen in micro-elektronica, optiek, detectie en energieopslag.