Kubisch boorarsenide (c-BA's), een halfgeleider met een ultrahoge thermische geleidbaarheid vergelijkbaar met diamant, trekt sinds 2018 veel aandacht, waarbij veel mensen zich afvragen of het geschikt is voor transistors.

Onderzoekers die deze vraag probeerden te beantwoorden, maten het Hall-effect voor een eenkristal van c-BA's in 2021, en kwamen tot het teleurstellend lage mobiliteitscijfer van 22 cm ² V ^-1 s ^-1 . Bovendien toonden hun resultaten een enorme discrepantie tussen de theoretische mobiliteitswaarde van 1400 cm ² V ^-1 s ^-1 voor elektronen en 2110 cm ² V ^-1 s ^-1 voor gaten.

In een studie gepubliceerd in Science , hebben Liu Xinfeng's groep van het National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) van de Chinese Academy of Sciences (CAS) en medewerkers van de University of Houston nu nauwkeurige mobiliteitscijfers voor c-BA's verkregen. Ze ontdekten dat de ambipolaire mobiliteit van c-BA's ongeveer 1550 cm is ² V ^-1 s ^-1 en meer dan 3000 cm ² V ^-1 s ^-1 voor hete dragers met een veel hogere mobiliteit.

De onderzoekers gebruikten een onderscheidende optische techniek, transiënte reflectiviteitsmicroscopie genaamd, om dragerdiffusie in c-BA's te volgen.

Deze technische opstelling, gebouwd door Yue Shuai van Liu's groep, biedt in-situ dragerdiffusievisualisatie met ruimte-tijdresolutie in nanometers en femtoseconden. Dragers werden geëxciteerd door een femtoseconde laser, die een tijdelijke verandering in reflectiviteit veroorzaakte die werd gedetecteerd door een in de tijd vertraagde femtoseconde laser (sondestraal).

De sondebundel werd verbreed tot een breed verlichtingsveld; zo kon de spatiotemporele dynamiek van de dragers direct worden gevisualiseerd. Door de energie van de excitatielaser onder of boven de bandgap aan te passen, kunnen respectievelijk intrinsieke dragers en hete dragers worden geëxciteerd. Intrinsieke dragermobiliteit van ongeveer 1550 cm ² V ^-1 s ^-1 werd gemeten en kwam goed overeen met de theoretische voorspellingen.

Dankzij de ultrazwakke elektron-fonon- en fonon-fonon-koppeling, een langdurige hete drager met een mobiliteit van meer dan 3000 cm ² V ^-1 s ^-1 verder werd verkregen.

De onderzoekers zeiden dat het enorme verschil tussen de Hall-effectmeting en de optische meting te wijten was aan de brede verdeling van defecten in het monster. Met andere woorden, slechts een klein gebied was zuiver genoeg voor dragerdiffusie.

"Na een jaar hard werken hebben we de regio eindelijk gevonden", zegt Yue, eerste auteur van het artikel. "Het was te klein voor de Hall-meting."

Liu zei dat de hoge mobiliteit en ultrahoge thermische geleidbaarheid van c-BA's het tot een "veelbelovend materiaal" maken op het brede gebied van elektrische circuits en zal helpen om de CPU-snelheden te verbeteren. + Verder verkennen

Fotogeïnduceerd groot polarontransport en dynamiek in organisch-anorganische hybride loodhalogenideperovskiet