Galliumarsenide, GaAs, een halfgeleider bestaande uit gallium en arseen staat erom bekend fysieke eigenschappen te hebben die praktische toepassingen beloven. In de vorm van nanodraden en nanodeeltjes, het heeft een bijzonder potentieel voor gebruik bij de vervaardiging van zonnecellen en opto-elektronica in veel van dezelfde toepassingen die silicium vaak gebruikt.

Maar het natuurlijke halfgeleidende vermogen van GaAs vereist enige afstemming om het meer wenselijk te maken voor gebruik bij het vervaardigen van dit soort producten. Nieuw werk van een team onder leiding van Carnegie's Alexander Goncharov onderzoekt een nieuwe benadering van een dergelijke afstemming. Hun werk is gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten . Het onderzoeksteam omvat Wei Zhou, Xiao Jia Chen, Xin-Hua Li en Yu-Qi Wang van de Chinese Academie van Wetenschappen en Jian-Bo Zhang van de South China University of Technology.

Metalen stoffen geleiden elektrische stroom gemakkelijk, terwijl isolerende (niet-metalen) materialen helemaal geen stroom geleiden. Halfgeleidende materialen vertonen een gemiddelde elektrische geleidbaarheid. Wanneer halfgeleidende materialen worden onderworpen aan een invoer van een specifieke energie, gebonden elektronen kunnen worden verplaatst naar hogere energie, staten leiden. De specifieke energie die nodig is om deze sprong naar de geleidende toestand te maken, wordt gedefinieerd als de "band gap". Het verfijnen van deze bandgap heeft het potentieel om het commerciële potentieel van galliumarsenide te verbeteren.

Er zijn verschillende methoden beschikbaar om kleine aanpassingen aan de "band gap" aan te brengen. Goncharovs team concentreerde zich op de nieuwe toepassing van zeer hoge druk, waardoor een verbinding elektronische veranderingen kan ondergaan die de elektronendragereigenschappen van materialen kunnen veranderen. Het was al aangetoond op nanodraden gemaakt van één kristallijne vorm van galliumarsenide - de kubische zogenaamde "zinkblende" -structuur - dat de "bandafstand" onder druk groter wordt.

Het huidige onderzoek richtte zich in plaats daarvan op nanodraden met een minder gebruikelijke kristallijne vorm - de hexagonale zogenaamde "wurtziet" -structuur. Het team onderwierp "wurtziet" galliumarsenide tot ongeveer 227, 000 keer de normale atmosferische druk (23 gigapascal) in diamanten aambeeldcellen. Ze ontdekten de "band gap" waar de elektronen overheen moeten springen om ook groter te worden, hoewel niet zoveel als in het geval van de "zinkblende" kristalnanodraden.

aanzienlijk, ontdekten ze dat rond 207, 000 keer de normale atmosferische druk (21 gigapascal), de "wurtziet" galliumarsenide nanodraden ondergingen een structurele verandering die een nieuwe fase veroorzaakte, de zogenaamde "orthorhombische", die mogelijk metallische elektronische eigenschappen heeft.

"De gelijkenis in gedrag bij blootstelling aan hoge druk, maar resulterend in significante verschillen in de grootte van de 'band gap', tussen de twee kristallijne structuren van galliumarsenide suggereert dat beide soorten GaAs-structuren theoretisch in een enkel apparaat zouden kunnen worden opgenomen, of zelfs een enkele nanodraad, en veel complexere en nuttigere elektronische functies realiseren door interacties over de fasen heen, " zei Goncharov. "Wij geloven dat deze bevindingen verder onderzoek naar galliumarsenide zullen stimuleren voor zowel fundamentele wetenschappelijke als praktische doeleinden."