Moderne elektronica zoals we die kennen, van televisies tot computers, afhankelijk zijn van geleidende materialen die elektronische eigenschappen kunnen regelen. Naarmate de technologie krimpt tot communicatieapparatuur in zakformaat en microchips die op de kop van een speld passen, Er is veel vraag naar geleidende materialen van nanoformaat.

Nutsvoorzieningen, Prof. Eran Rabani van Tel Aviv University's School of Chemistry aan de Raymond en Beverly Sackler Faculteit voor Exacte Wetenschappen, in samenwerking met prof. Uri Banin en Oded Millo aan de Hebreeuwse Universiteit, heeft kunnen aantonen hoe halfgeleider nanokristallen kunnen worden gedoteerd om hun elektronische eigenschappen te veranderen en als geleiders te gebruiken. Dit opent een wereld van mogelijkheden, zegt prof. Rabani, in termen van toepassingen van kleine elektronische en elektro-optische apparaten, zoals diodes en fotodiodes, elektrische componenten die worden gebruikt in mobiele telefoons, digitale fototoestellen, en zonnepanelen.

Zonnepanelen worden meestal gemaakt van een pn-overgang. Als ze licht absorberen, de kruising scheidt de negatief geladen elektronen en de positief geladen gaten, het produceren van een elektrische stroom, legt prof. Rabani uit. "Met deze nieuwe methode om nanokristallen te doteren om ze zowel p- als n-type te maken, we hopen dat zonnepanelen niet alleen efficiënter, maar ook goedkoper "zegt hij. Dit onderzoek is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Kristalheldere vooruitgang

Volgens prof. Rabani, de zoektocht naar elektrisch verdovende nanokristallen is een zware strijd geweest. De kristallen zelf hebben het vermogen om zichzelf te zuiveren, wat betekent dat ze zichzelf reinigen van doteringen. Ook, hij voegt toe, sommige synthetische dopingmethoden waren problematisch op nanoschaal - de kristallen waren niet bestand tegen dopingtechnieken die van toepassing zijn op bulkhalfgeleiders.

De sleutel, legt prof. Rabani uit, was om een ​​methode te vinden om de nanokristallen te doteren zonder hun optische eigenschappen te "bleken" - en dus hun absorptievermogen teniet te doen. Als je op deze manier nanokristallen kunt dopen, hij zegt, het opent de deur naar vele praktische toepassingen op basis van nanokristallijne materialen. "Wat je ook met nanokristallen kunt doen, je kunt doen met gedoteerde nanokristallen - en meer door hun elektronische eigenschappen te regelen."

Deze uitdagingen werden omzeild door het gebruik van diffusiegecontroleerde reacties op kamertemperatuur. De kristallen werden gebaad in een oplossing die de doteermiddelen, waar door langzame diffusie onzuiverheden hun weg naar het nanokristal konden vinden.

De onderzoekers gebruikten een scanning tunneling microscope (STM), een apparaat dat oppervlakken op atomair niveau in beeld brengt, om het succes van hun dopingprocedure te bepalen. Deze metingen gaven aan hoe de Fermi-energie van de nanokristallen veranderde bij doping, een sleutelfunctie bij het regelen van de elektronische eigenschappen van elektronische apparaten. De resultaten, merkt prof. Rabani op, geven aan dat de nanokristallen zijn gedoteerd met beide n-type doteermiddelen, wat wijst op de aanwezigheid van overtollige elektronen in de nanokristallen, en p-type, die positief geladen gaten bijdragen aan de halfgeleiders. Hierdoor kunnen ze worden gebruikt in elektronica waarvoor een pn-overgang nodig is, zoals zonnepanelen, lichtgevende dioden, en meer.

Verbreding van het nanokristalspectrum

Niet alleen slaagden Prof. Rabani en zijn collega-onderzoekers erin nanokristallen te doteren zonder hun optische eigenschappen te bleken, maar ze waren ook in staat om de optische eigenschappen te controleren, namelijk, het kleurbereik dat de nanokristallen produceren. Eenmaal gedopeerd, de nanokristaldeeltjes kunnen van kleur veranderen, rood of blauw worden. Prof. Rabani en zijn collega's konden een theorie ontwikkelen om deze waarnemingen te verklaren.

Prof. Rabani zegt dat deze technologie een lange weg kan gaan. Dotering van halfgeleiders, hij legt uit, essentieel geweest voor de ontwikkeling van de technologie. "Parallel hieraan, we weten ook dat we elektrische componenten heel klein willen maken. Een groot deel van de toekomstige elektronica of optica zal gebaseerd zijn op doping-nanodeeltjes."