Kleine nanoclusters van metaalatomen, zoals goud en zilver, hebben eigenschappen waardoor ze kunnen worden gebruikt als halfgeleiders, heeft een gezamenlijk onderzoeksteam van Swansea-Hamburg ontdekt.

De bevinding opent de deur naar een breed scala aan potentiële nieuwe toepassingen, van telefoonschermen en plattere schermen tot draagbare technologie.

Halfgeleiders vormen het hart van moderne elektronica. Ze worden onder meer gebruikt in weergaveapparaten voor mobiele telefoons en televisies, licht detectoren, en zonnecellen voor het leveren van energie.

De twee belangrijkste typen halfgeleiders op basis van deeltjes die al in gebruik zijn, zijn colloïdale kwantumdots en organische halfgeleiders. Deze materialen bevinden zich op nanoschaal. Door hun kleine formaat zijn ze onderhevig aan een fenomeen dat bekend staat als kwantumopsluiting. die veranderingen in hun optische en elektronische eigenschappen veroorzaakt. Deze wijzigingen maken ze geschikt voor de beoogde toepassingen.

Metalen nanoclusters combineren aspecten van beide andere materialen. Zoals colloïdale kwantumstippen, ze zijn erg stabiel. Net als organische halfgeleiders, ze zijn atomair nauwkeurig, of moleculair, met een specifiek aantal atomen in hun metalen kern.

Echter, ondanks dat het alle juiste ingrediënten bevat, nooit eerder was aangetoond dat metalen nanoclusters halfgeleidende eigenschappen vertonen.

Hier maakte het team van Swansea-Hamburg de doorbraak.

Het team bedacht een manier om films te maken van nanoclusters bestaande uit 25 goudatomen (Au25). Vervolgens merkten ze op dat de nanoclusters halfgeleidende eigenschappen vertoonden. specifiek, ze observeerden veldeffect en fotogeleiding in fototransistoren gemaakt van deze films. Deze unieke eigenschappen zijn kenmerkend voor alle halfgeleidende materialen.

Het team bestaat uit onderzoekers van de scheikundeafdeling van de Universiteit van Swansea en de universiteit van Hamburg in Duitsland.

Professor Christian Klinke van de scheikundeafdeling van Swansea University legde de mogelijke toepassingen van deze bevinding uit:

"De ontdekking van halfgeleidende eigenschappen in metalen nanoclusters zou de weg kunnen effenen voor een verscheidenheid aan nieuwe toepassingen, van veldeffecttransistoren en fotodetectoren tot lichtgevende dioden en zonnecellen.

Deze apparaten zouden op flexibele bases kunnen worden vervaardigd. Veel metalen nanoclusters, waaronder degene die we in dit rapport hebben onderzocht, hebben bijna oneindige stabiliteit, waardoor ze geschikt zouden kunnen zijn voor inkjetprinttoepassingen.

We moeten voortbouwen op deze bevinding en de techniek verder verfijnen. Maar deze ontdekking wijst de weg vooruit. Het laat zien dat we metalen nanoclusters kunnen gebruiken om halfgeleidende films van hoge kwaliteit te produceren die eenvoudig te monteren zijn."

Andere onderzoekers van het team legden andere mogelijke toepassingen uit:

Dr. Andrés Black van de Universiteit van Hamburg zei:

"De affiniteit van de metalen kern met verschillende moleculaire functionaliteiten zou ze zeer gevoelige gassensoren kunnen maken"

Michael Galchenko, ook van de Universiteit van Hamburg zei:

"De integratie met andere laagdimensionale materialen zou heterostructuren kunnen opleveren met nieuwe en interessante functionaliteiten."

Professor Owen Guy, hoofd van de afdeling scheikunde van de Universiteit van Swansea, zei:

"Halfgeleiders zijn een belangrijk aandachtspunt voor ons werk hier bij Swansea, zowel in onze scheikundeafdeling als in ons Centrum voor NanoHealth. Christian's werk is erg opwindend voor de volgende generatie halfgeleidermaterialen - een gebied waarin de Swansea University de leiding heeft over activiteiten, met onze branchepartners.

Deze bevindingen, mogelijk gemaakt door onze nauwe banden met Hamburg, zijn een belangrijke stap voorwaarts in het veld. Het laat zien dat voor onderzoek, wat betreft lesgeven, onze chemieafdeling loopt voorop".

De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift, Geavanceerde materialen .