半導(dǎo)體納米線可以在很寬的能量范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)諧

除了加速計(jì)算機(jī)之外，納米線還承諾使LED更加豐富多彩，太陽能電池更加高效。也就是說，只要微小半導(dǎo)體在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)下將電能轉(zhuǎn)換為光，反之亦然。德國(guó)Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的一個(gè)研究小組已設(shè)法生產(chǎn)具有可在大范圍內(nèi)自由選擇的工作波長(zhǎng)的納米線 - 簡(jiǎn)單地通過改變殼結(jié)構(gòu)。微調(diào)納米線可以在光電子器件中扮演多種角色。正如團(tuán)隊(duì)在Nature Communications報(bào)道的那樣，這將使組件更強(qiáng)大，更具成本效益，更易于集成。

納米線非常通用。這些微小元素可用于納米技術(shù)中的微型光子和電子元件。應(yīng)用包括芯片上的光學(xué)電路，新型傳感器，LED，太陽能電池和創(chuàng)新的量子技術(shù)。獨(dú)立式納米線確保了最新半導(dǎo)體技術(shù)與傳統(tǒng)硅基技術(shù)的兼容性。由于與硅襯底的接觸很小，因此它們克服了組合不同材料的典型困難。

對(duì)于他們持續(xù)數(shù)年的研究，德累斯頓的研究人員首先開始研究從硅襯底上的半導(dǎo)體材料砷化鎵生長(zhǎng)納米線。下一步涉及將晶片細(xì)線封裝在另一層材料中，它們將銦作為附加元素添加到另一層材料中。他們的目標(biāo)：的失配的晶體結(jié)構(gòu)的材料的目的是誘發(fā)一個(gè)機(jī)械應(yīng)變?cè)趯?dǎo)線芯，這改變了砷化鎵的電子特性。例如，半導(dǎo)體帶隙變小，電子變得更具移動(dòng)性。為了放大這種效果，科學(xué)家們不斷向殼中添加更多的銦，或增加殼的厚度。結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。

將已知效果發(fā)揮到極致

“我們所做的是對(duì)極端事件產(chǎn)生了明顯的影響，”該研究的負(fù)責(zé)人Emmanouil Dimakis解釋說，該研究涉及HZDR，TU Dresden和DESY在漢堡的研究人員。“所達(dá)到的應(yīng)變的7??%是巨大的。”

在這種應(yīng)變水平下，Dimakis曾預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體中出現(xiàn)的紊亂：根據(jù)他們的經(jīng)驗(yàn)，線芯彎曲或出現(xiàn)缺陷。研究人員認(rèn)為，特殊的實(shí)驗(yàn)條件是沒有這種疾病的原因：首先，他們生長(zhǎng)出極薄的砷化鎵線 - 比人類頭發(fā)細(xì)五千倍。其次，該團(tuán)隊(duì)設(shè)法在異常低溫下生產(chǎn)線殼。然后原子的表面擴(kuò)散或多或少地凍結(jié)，迫使殼在核心周圍均勻生長(zhǎng)。研究團(tuán)隊(duì)通過在德累斯頓的工廠以及英國(guó)漢堡和鉆石的高光X射線光源PETRA III進(jìn)行了幾次獨(dú)立的測(cè)量來強(qiáng)化了他們的發(fā)現(xiàn)。

非凡的研究結(jié)果促使研究人員進(jìn)行了進(jìn)一步的研究：“我們將注意力轉(zhuǎn)移到觸發(fā)納米線核心極高應(yīng)變的問題，以及如何將其用于某些應(yīng)用，”Dimakis回憶道。“科學(xué)家多年來一直意識(shí)到砷化鎵作為一種材料，但納米線是特殊的。一種材料在納米尺度上可能會(huì)表現(xiàn)出全新的性質(zhì)。”

光纖網(wǎng)絡(luò)的潛在應(yīng)用

研究人員意識(shí)到高應(yīng)變使他們將砷化鎵半導(dǎo)體的帶隙轉(zhuǎn)移到非常低的能量，使其即使對(duì)于光纖網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)也能兼容。技術(shù)里程碑。畢竟，此光譜范圍以前只能通過含有銦的特殊合金來實(shí)現(xiàn)，這會(huì)因材料混合而引起許多技術(shù)問題。

生產(chǎn)納米線需要高精度方法。四年前，為此目的在HZDR安裝了一個(gè)特殊系統(tǒng)：分子束外延實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了納米線從原子或分子束的自催化生長(zhǎng); 光束在超高真空中被引導(dǎo)到硅襯底上。Emmanouil Dimakis在建立實(shí)驗(yàn)室方面發(fā)揮了重要作用。本出版物中報(bào)道的大多數(shù)研究都是由Leila Balaghi作為博士學(xué)位的一部分進(jìn)行的。