Anorganische halfgeleiders zoals silicium zijn onmisbaar in moderne elektronica omdat ze een afstembare elektrische geleidbaarheid hebben tussen die van een metaal en die van een isolator. De elektrische geleidbaarheid van een halfgeleider wordt geregeld door de bandafstand, wat het energieverschil is tussen zijn valentie- en geleidingsbanden; een smalle bandafstand resulteert in een verhoogde geleidbaarheid omdat het voor een elektron gemakkelijker is om van de valentie naar de geleidingsband te gaan. Echter, anorganische halfgeleiders zijn broos, die tot apparaatstoringen kunnen leiden en hun toepassingsbereik beperken, vooral in flexibele elektronica.

Een groep van Nagoya University ontdekte onlangs dat een anorganische halfgeleider zich in het donker anders gedroeg dan in het licht. Ze ontdekten dat kristallen van zinksulfide (ZnS), een representatieve anorganische halfgeleider, waren broos bij blootstelling aan licht, maar flexibel wanneer ze in het donker bij kamertemperatuur werden bewaard. De bevindingen zijn gepubliceerd in Wetenschap .

"De invloed van volledige duisternis op de mechanische eigenschappen van anorganische halfgeleiders was niet eerder onderzocht, " studie co-auteur Atsutomo Nakamura zegt. "We ontdekten dat ZnS-kristallen in volledige duisternis een veel hogere plasticiteit vertoonden dan die onder blootstelling aan licht."

De ZnS-kristallen vervormden in het donker plastisch zonder breuk tot een grote rek van 45%. Het team schreef de verhoogde plasticiteit van de ZnS-kristallen in het donker toe aan de hoge mobiliteit van dislocaties in volledige duisternis. Dislocaties zijn een type defect dat wordt aangetroffen in kristallen en waarvan bekend is dat ze de kristaleigenschappen beïnvloeden. Bij blootstelling aan licht, de ZnS-kristallen waren broos omdat hun vervormingsmechanisme anders was dan dat in het donker.

De hoge plasticiteit van de ZnS-kristallen in het donker ging gepaard met een aanzienlijke afname van de bandafstand van de vervormde kristallen. Dus, de bandafstand van ZnS-kristallen en op zijn beurt hun elektrische geleidbaarheid kan worden gecontroleerd door mechanische vervorming in het donker. Het team stelde voor dat de verminderde bandafstand van de vervormde kristallen werd veroorzaakt door vervorming die dislocaties in de kristallen introduceerde, die hun bandstructuur veranderden.

"Deze studie onthult de gevoeligheid van de mechanische eigenschappen van anorganische halfgeleiders voor licht, " zegt co-auteur Katsuyuki Matsunaga. "Onze bevindingen kunnen de ontwikkeling van technologie mogelijk maken om kristallen te ontwikkelen door middel van gecontroleerde blootstelling aan licht."

De resultaten van de onderzoekers suggereren dat de sterkte, broosheid, en geleidbaarheid van anorganische halfgeleiders kan worden geregeld door blootstelling aan licht, een interessante weg openen om de prestaties van anorganische halfgeleiders in elektronica te optimaliseren.