Ingenieurs die op nanoschaal werken, zullen een nieuwe tool tot hun beschikking hebben dankzij een internationale groep onderzoekers onder leiding van Drexel University's College of Engineering. Deze innovatieve procedure zou de aanhoudende uitdaging van het meten van belangrijke kenmerken van elektronengedrag kunnen verlichten, terwijl de steeds kleiner wordende componenten worden ontworpen waarmee mobiele telefoons, laptops en tablets om steeds dunner en energiezuiniger te worden.

"De interface tussen twee halfgeleidermaterialen maakt de meeste elektronische gadgets mogelijk die we elke dag gebruiken, van computers tot mobiele telefoons, displays en zonnecellen, " zei Guannan Chen, een afgestudeerde student aan de afdeling Materials Science and Engineering van Drexel en de hoofdauteur van het rapport van de groep, die onlangs werd gepubliceerd in Nano-letters . "Een van de belangrijkste kenmerken van de interface is de hoogte van de energiestap die nodig is om het elektron over te laten klimmen, bekend als band-offset. Huidige methoden voor het meten van deze staphoogte in vlakke apparaten zijn niet praktisch voor apparaten op nanoschaal, echter, dus gingen we op zoek naar een betere manier om deze meting te maken."

Het meten van de band-offset waarmee elektronen van het ene materiaal naar het andere springen, is een belangrijk onderdeel van het ontwerpproces, omdat het het herontwerp en het maken van prototypen van componenten op nanoschaal begeleidt om ze zo efficiënt en effectief mogelijk te maken.

Met behulp van laser-geïnduceerde stroom in een nanodraadapparaat en de afhankelijkheid van de golflengte van de laser, het team bedacht een nieuwe methode om de bandoffset af te leiden. Omdat ze continu de golflengte van de laser veranderen, ze meten de fotostroomreacties. Uit deze gegevens kunnen ze de bandoffset bepalen.

"Met behulp van de interface binnen een coaxiale core-shell halfgeleider nanodraad als modelsysteem, we hebben voor het eerst de bandoffset direct gemeten in nanodraadelektronica, Chen zei. "Dit is een belangrijke hoeksteen voor het vrij ontwerpen van nieuwe nanodraadapparaten zoals zonnecellen, LED's, en hogesnelheidselektronica voor draadloze communicatie. Dit werk kan zich ook uitstrekken tot bredere materiaalsystemen die kunnen worden aangepast voor specifieke toepassingen."

De studie, die voornamelijk werd gefinancierd door de National Science Foundation, omvatten ook onderzoekers van de Lehigh University, National Research Council – Instituut voor Micro-elektronica en Microsystemen (IMM-CNR) en de Universiteit van Salento in Italië, Weizmann Institute of Science en Negev Nuclear Research Center in Israël en de Universiteit van Alabama. Elke groep voegde een belangrijk onderdeel toe aan het project.

"Teamwork en nauwe samenwerkingen zijn essentieel in dit werk, " zei Guan Sun, de hoofdonderzoeker van Lehigh. "Het vlotte kanaal voor het delen van ideeën en middelen voor experimenten is waardevol binnen het team, omdat de kwaliteit en variëteit van het materiaalsysteem essentieel is voor het behalen van nauwkeurige resultaten."

Terwijl de leden van Drexel de experimenten ontwierpen, de materialen verwerkt, maakte het nanodraadapparaat en voerde spectroscopische experimenten uit, Zon en Yujie Ding, van Lehigh, ondersteunde het onderzoek met complementaire optische experimenten.

De medewerkers van het IMM-CNR, Paola Prete, en de Universiteit van Salento, Ilio Miccoli en Nico Lovergine bundelden hun krachten met Hadas Shtrikman, van het Weizmann Institute of Science om de hoogwaardige nanodraad te produceren die bij het testen wordt gebruikt. Patrick Kung, van de Universiteit van Alabama, analyseerde de samenstelling van de nanodraad op atomair niveau, en Tsachi Livneh, van Negev Nuclear Research Center, bijgedragen aan de analyses.

"Deze opmerkelijk eenvoudige benadering voor het verkrijgen van een sleutelkenmerk in individuele nanodraden is een opwindende vooruitgang, " zei dr. Jonathan Spanier, een professor in Drexel's College of Engineering die de hoofdonderzoeker van het project is. "We verwachten dat het een waardevolle methode zal zijn bij het ontwikkelen van elektronische apparaten op nanoschaal met volledig nieuwe en belangrijke functionaliteiten."

Met een beter begrip van het materiaal- en elektronengedrag, het team zal doorgaan met het nastreven van nieuwe opto-elektronische apparaten op nanoschaal, zoals transistors met een nieuw concept, apparaten voor elektronenoverdracht en fotovoltaïsche apparaten.