کشفی که به طراحی دستگاه های الکترونیکی سفارشی با بهره گیری از تنها یک عنصر می انجامد
بی بی سرور: محققان توفیق یافتند با بهره گیری از یک نیمه رسانای با پیوندهای قابل انعطاف، ماده را در قالب ساختارهای متنوع نانومقیاس قالب دهی کنند، بدون آنکه ترکیب شیمیایی آن تغییر کند. این کشف می تواند دریچه ای به طراحی دستگاه های الکترونیکی سفارشی با بهره گیری از تنها یک عنصر باشد.
به گزارش بی بی سرور به نقل از ایسنا، نیمه رساناها نقش بی بدیلی در زندگی روزمره ما دارند و تقریباً در تمامی دستگاه های الکترونیکی حضور دارند. یکی از مهم ترین خاصیت های این مواد، شکاف انرژی یا band gap است که تعیین کننده نحوه هدایت جریان الکتریکی توسط آنها است. تا حالا برای تغییر این خاصیت کلیدی، روش هایی همچون شکستن پیوندهای شیمیایی یا افزودن عناصر دیگر به ماده به کار می رفته است که اغلب پیچیده و پرمصرف انرژی بوده اند.
در مطالعه ای مشترک از دانشگاه ناتینگهام انگلستان، مرکز پژوهشی EPSRC SuperSTEM، دانشگاه اولم آلمان و شرکت BNNT آمریکا، ساختارهای نوینی از سلنیوم بصورت نانوساختارهای هسته-پوسته با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) بررسی شدند. در این مطالعه از نانولوله ها به عنوان لوله های آزمایش بسیار کوچک بهره گرفته شد تا سلنیوم تحت شرایط محدود شده نانومقیاس شکل بگیرد.
دکتر ویل کال، پژوهشگر شیمی در دانشگاه ناتینگهام که آزمایش های میدانی را انجام داده است، می گوید: سلنیوم نیمه رسانای قدیمی و شناخته شده ای است که در نخستین سلول های خورشیدی به کار رفت. ما با کشف اشکال نوین سلنیوم که هنگام محدود شدن در مقیاس نانو شکل می گیرند، این ماده را باردیگر زنده کردیم.
در اندازه های بسیار کوچک، پیوندهای اتمی سلنیوم دستخوش تغییر شده و زوایای پیوندی افزایش خواهد یافت. این امر موجب صاف شدن ساختار مارپیچی اولیه و تبدیل آن به سیم های نازک اتمی می شود.
دکتر ویل کال ادامه می دهد: با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و نانولوله ها به عنوان لوله های آزمایش توانستیم ساختارهای جدید سلنیوم را تصویر نماییم و نمودار فازی جدیدی ارائه دهیم که رابطه بین ساختار اتمی سلنیوم و قطر نانوسیم ها را نشان داده است.
گروه ناتینگهام قبل تر نیز با همین رویکرد، واکنش های شیمیایی مولکول های منفرد و انتقال فازها را در نیمه رساناها بصورت زنده و در سطح اتمی مشاهده کرده بودند.
بگفته دکتر کال، «به طور شگفت آوری دیدیم که لوله آزمایش نانو هنگام تصویربرداری نازک تر می شود. به عبارتی، نانوسیم سلنیوم داخل لوله مانند خمیردندان فشار داده شده و کشیده و نازک می شود. این کشف تصادفی به ما امکان داد مکانیسم تبدیل انواع مختلف نانوسیم ها را با دقت نزدیک به اتمی شرح دهیم؛ چیزی که تأثیر زیادی بر خاصیت های الکترونیکی آنها دارد.»
باندگپ انرژی نیمه رساناها تأثیر بسیار زیادی در کاربردشان در دستگاه هایی مانند سلول های خورشیدی، ترانزیستورها و فتوکاتالیست ها دارد. پروفسور کوئنتین راماس، مدیر مرکز EPSRC SuperSTEM، می گوید: با ترکیب میکروسکوپ الکترونی عبوری با طیف سنجی انرژی الکترونی توانستیم باندگپ انرژی زنجیره های منفرد سلنیوم را اندازه گیری نماییم. این اندازه گیری ها نشان داد که گاف انرژی بطور دقیق به قطر نانوسیم ها وابسته است.
برخلاف نانولوله های کربنی که به خاطر جذب انرژی بالا، تداخل در بررسی تغییرات الکترونیکی ایجاد می کنند، نانولوله های نیترید بورون به خاطر شفافیت بالا امکان مشاهده دقیق تغییرات گاف انرژی در نانوسیم های سلنیوم را فراهم می کنند.
طبق قانون مور، تعداد ترانزیستورهای روی یک تراشه هر دو سال دو برابر می شود و این به مفهوم کوچکتر شدن قطعات الکترونیکی است. پروفسور آندری خلویستوف از دانشگاه ناتینگهام می گوید: ما حد غائی کوچک شدن نانوسیم ها را بررسی کردیم به صورتی که خاصیت های الکترونیکی مفیدشان حفظ شود. این مساله در سلنیوم به کمک تغییرات ساختاری اتمی و محدودیت کوانتومی امکانپذیر است و اجازه می دهد گاف انرژی در محدوده ای کاربردی باقی بماند.
محققان امیدوارند در آینده این مواد نوین در دستگاه های الکترونیکی به کار گرفته شوند. تنظیم دقیق گاف انرژی سلنیوم با تغییر قطر نانوسیم می تواند امکان طراحی دستگاه های الکترونیکی سفارشی را تنها با یک عنصر فراهم آورد.
این مطالعه با حمایت مالی برنامه EPSRC «اتم های فلزی روی سطوح و رابط ها برای آینده ای پایدار» (MASI) و پروژه «مهار رادیکال ها» بنیاد Leverhulme انجام شده است.
دانشگاه ناتینگهام با مرکز تحقیقاتی nmRC از پیشگامان عرصه نانوفناوری است که امکانات و تخصص های منحصربه فردی را برای تحقیقات میان رشته ای از مواد کاربردی تا فناوری های کوانتومی و مراقبت های بهداشتی فراهم می آورد.
منبع: bbserver.ir
مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب