De kristalstructuur aan het oppervlak van halfgeleidermaterialen kan ervoor zorgen dat ze zich gedragen als metalen en zelfs als supergeleiders, heeft een gezamenlijk onderzoeksteam van Swansea/Rostock aangetoond. De ontdekking opent mogelijk de deur naar vooruitgang zoals energiezuinigere elektronische apparaten.

Halfgeleiders zijn de actieve delen van transistors, geïntegreerde schakelingen, sensoren, en LED's. Deze materialen, meestal gebaseerd op silicium, vormen het hart van de hedendaagse elektronica-industrie.

We gebruiken hun producten bijna continu, in moderne tv-toestellen, op computers, als verlichtingselementen, en natuurlijk als mobiele telefoons.

metalen, anderzijds, bedraden de actieve elektronische componenten en vormen het raamwerk voor de apparaten.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Christian Klinke van de scheikundeafdeling van de Universiteit van Swansea en de universiteit van Rostock in Duitsland, analyseerde de kristallen aan het oppervlak van halfgeleidermaterialen.

Het toepassen van een methode genaamd colloïdale synthese om sulfide nanodraden te leiden, het team toonde aan dat de lood- en zwavelatomen waaruit de kristallen bestaan, op verschillende manieren kunnen worden gerangschikt. Cruciaal, ze zagen dat dit de eigenschappen van het materiaal beïnvloedde.

In de meeste configuraties zijn de twee soorten atomen gemengd en vertoont de hele structuur halfgeleidend gedrag zoals verwacht.

Echter, het team ontdekte dat een bepaalde "snee" door het kristal, met de zogenaamde {111} facetten op het oppervlak, die alleen loodatomen bevat, toont een metaalachtig karakter.

Dit betekent dat de nanodraden veel hogere stromen voeren, hun transistorgedrag wordt onderdrukt, ze reageren niet op verlichting, zoals halfgeleiders zouden doen, en ze vertonen een omgekeerde temperatuurafhankelijkheid, typisch voor metalen.

Dr. Mehdi Ramin, een van de onderzoekers van het team van Swansea/Rostock, zei:

"Nadat we ontdekten dat we loodsulfide-nanodraden met verschillende facetten kunnen synthetiseren, waardoor ze eruitzien als rechte of zigzagdraden, we dachten dat dit interessante gevolgen moest hebben voor hun elektronische eigenschappen.

Maar deze twee gedragingen waren nogal een verrassing voor ons. Dus, we zijn de gevolgen van de vorm nader gaan onderzoeken."

Het team deed vervolgens een tweede ontdekking:bij lage temperaturen gedraagt ​​de huid van de nanostructuren zich zelfs als een supergeleider. Dit betekent dat de elektronen met aanzienlijk lagere weerstand door de structuren worden getransporteerd.

Professor Christian Klinke van Swansea University en Rostock University, die het onderzoek leidde, zei:

"Dit gedrag is verbazingwekkend en moet zeker in veel meer detail worden bestudeerd.

Maar het geeft al nieuwe opwindende inzichten in hoe hetzelfde materiaal verschillende fundamentele fysieke eigenschappen kan hebben, afhankelijk van de structuur en wat er in de toekomst mogelijk zou kunnen zijn.

Een mogelijke toepassing is verliesloos energietransport, wat betekent dat er geen energie wordt verspild.

Door verdere optimalisatie en overdracht van het principe naar andere materialen, belangrijke vorderingen kunnen worden gemaakt, die kunnen leiden tot nieuwe efficiënte elektronische apparaten.

De resultaten die in het artikel worden gepresenteerd, zijn slechts een eerste stap in wat zeker een lange en vruchtbare reis zal zijn naar nieuwe spannende chemie en fysica van materialen."