Het is een kleine verandering die een groot verschil maakt. Onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die een temperatuurverandering van één graad gebruikt om de kleur van het licht dat een halfgeleider uitstraalt te veranderen. De methode, die gebruik maakt van een dunne-film halfgeleider gelaagd bovenop een warmtegevoelig substraatmateriaal, biedt een weg naar het elektronisch triggeren van veranderingen in de eigenschappen van halfgeleidermaterialen.

"We kunnen de kleur van het licht dat het materiaal uitstraalt veranderen met slechts een kleine verandering in de temperatuur van het substraat, " zei Jian Shi, een assistent-professor materiaalkunde en engineering aan het Rensselaer Polytechnic Institute. "Als je een materiaal door temperatuur kunt manipuleren, je kunt het mogelijk ook manipuleren met spanning, en maak een elektronisch apparaat, en dat is aanzienlijk. Nu kun je emissiegolflengten elektronisch regelen."

Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in "Niet-lineaire elektronen-roosterinteracties in een wurtziet-halfgeleider ingeschakeld via sterk gecorreleerd oxide, " gepubliceerd in een recente editie van Geavanceerde materialen .

Materiaalwetenschappers zoals Shi ontwikkelen materialen met eigenschappen die nieuwe technologieën mogelijk maken of beter passen bij huidige technologieën. In essentie, er zijn drie belangrijke opties om de eigenschappen van een materiaal te veranderen:de samenstelling veranderen, verander de temperatuur, of verander de druk op het materiaal. Elk heeft voor- en nadelen, en een materiaal dat geschikt is voor commerciële toepassingen moet economisch zijn en de nodige eigenschappen vertonen onder relatief gebruikelijke omstandigheden.

In dit onderzoek, Shi concentreerde zich op het gebruik van druk om de samenstelling van het elektronenrooster te veranderen, of symmetrie, van cadmiumsulfiet, en de eigenschappen ervan wijzigen. Het gebruik van bulkdruk heeft potentiële valkuilen:het kost veel energie om de elektronen-roosterinteractie van een materiaal door druk te veranderen; het opwekken van die energie kan het gebruik van een omvangrijk apparaat vereisen dat het materiaal ontoegankelijk maakt voor toepassingen; en veel materialen hebben weinig tolerantie voor vervorming en zullen zelfs versplinteren voordat ze voldoende vervormd kunnen worden om nieuwe eigenschappen teweeg te brengen. Bijvoorbeeld, cadmiumsulfiet in bulk zal versplinteren bij 0,1 procent vervorming, wat niet genoeg is om de interactie tussen elektronen en roosters te veranderen, en daarmee de materiaaleigenschappen.

Om die valkuilen te overwinnen, Shi's benadering maakt gebruik van een dunne film van de halfgeleider - die grotere vervorming kan verdragen dan het bulkmateriaal - die wordt afgezet op een substraatmateriaal dat aanzienlijk vervormt wanneer het wordt blootgesteld aan slechts een kleine temperatuurverandering. De dunne film van cadmiumsulfiet, kan ten minste één procent vervorming verdragen zonder te verbrijzelen, een 10-voudig voordeel ten opzichte van het bulkmateriaal. Het substraatmateriaal, vanadiumdioxide, ondergaat een fasetransformatie van metaal naar isolator tussen 6 en 8 graden Celsius, het volume van het materiaal veranderen en druk uitoefenen op de dunne film halfgeleider die op het oppervlak is afgezet.

Door de robuuste dunne film halfgeleider te combineren met het temperatuurgevoelige substraat, Shi kan de halfgeleider gemakkelijk aan grote spanning onderwerpen.

De methode kan worden uitgebreid tot een verscheidenheid aan dunnefilmhalfgeleiders en tot substraten die een faseovergang ondergaan van druk, evenals temperatuur, of elektrostatische doping.

aanzienlijk, de resultaten wijzen ook op het potentieel voor het produceren van een spanning uit thermische energie, die kunnen leiden tot het oogsten van thermische energie.

"Als je de roosterconstante en de symmetrie van een materiaal verandert, soms kun je energie opwekken, als een stroompiek, Shi zei. "Als we thermische energie kunnen veranderen in elektriciteit door de symmetrie van het materiaal te veranderen, we kunnen thermische energie oogsten."