PANASONIC PANASONIC PANASONIC

Nová forma kremíka môže priniesť revolúciu do mnohých oblastí priemyslu

0

Po 10-ročnej výskumnej štúdii sa tímu strojných inžinierov zo Severovýchodnej univerzity pod vedením Yung Joon Junga a Moneesha Upmanyu podarilo syntetizovať vysoko husté, ultratenké kremíkové nanodrôty, ktoré by mohli spôsobiť revolúciu v polovodičovom priemysle. Vďaka novému škálovateľnému procesu leptania bez katalyzátora sa výskumníkom podarilo vyrobiť veľmi tenké kremíkové nanodrôty s priemerom dva až päť nanometrov. Asi pred 10 rokmi študenti upozornili Junga na nezvyčajný výsledok experimentu, ktorý robili pomocou kremíkových doštičiek.

Materiál, ktorý videl pod elektrónovým mikroskopom, sa líšil od materiálu, ktorý zamýšľali vyrobiť. Jung zistil, že ide o kremík s veľmi drobnou drôtovou nanoštruktúrou. Tím dokázal reprodukovať nový materiál, ale keď sa pokúsili zlepšiť proces syntézy, nanovlákna sa prestali tvoriť. Preto bolo potrebné preštudovať od začiatku mechanizmus syntézy a štruktúru a vlastnosti materiálu v atómovej mierke. Na pochopenie materiálu a vysvetlenie experimentov použili počítačové modelovanie a simuláciu.

Vedci si mysleli, že látka, ktorá vznikla z kremíkových plátkov počas syntéz Tento materiál je veľmi sľubný a zdá sa, že kompresia je jadrom všetkých jeho zaujímavých vlastností. Kremík je široko používaný polovodič v mikroelektronike, napr. v počítačových čipoch, integrovaných obvodoch, tranzistoroch, kremíkových diódach a displejoch z tekutých kryštálov, pretože je lacný a má hojný výskyt. 

Bežný kremík však nemôže odolávať vysokým teplotám, a tak je obmedzený na aplikácie s nižším výkonom. Má pásmovú medzeru 1,11 elektrónvoltov (pásmová medzera určuje energiu potrebnú na to, aby elektróny v polovodičovom materiáli viedli elektrinu po stimulácii externými zdrojmi). Nový materiál má ultraširokú pásmovú medzeru 4,16 eV, čo je svetový rekord.

To znamená, že materiál potrebuje väčšie stimuly na vedenie elektriny, ale môže pracovať pri vysokom výkone, vysokej teplote a vysokých frekvenciách. Kremíkové nanodrôty vyrobené z tohto nového materiálu budú vhodné pre výkonovú elektroniku, tranzistory, diódy a LED zariadenia. Na rozdiel od bežného kremíka je nový materiál vysoko odolný proti oxidácii. Je to takisto fotoluminant, schopný vyžarovať modré a fialové svetlo, ktoré možno použiť na ultrafialové osvetlenie a v modrých svetelných diódach.

Jung a jeho výskumný tím vytvorili aj novú metódu výroby kremíkových nanodrôtov, nazývanú chemické leptanie parou. Vďaka nej môžu vyrábať nanodrôty, ktoré sú 10- až 20-krát menšie ako dnes komerčne používané kremíkové nanodrôty. V súčasnosti vedci dokážu reprodukovať nanodrôty s kontrolovanou dĺžkou až 100 mikrónov. Nový kremíkový materiál by mal byť veľmi atraktívny pre polovodičový priemysel. Môže sa použiť vo vojenských vysielačkách, radaroch a vo fotovoltike, ako sú solárne články. Môže sa dokonca použiť na zber slnečnej energie pod vodou.

Nové kremíkové nanodrôty môžu zlepšiť lítiovo-iónové batérie. Pridávanie niektorých vybraných materiálov, ako je fosfor alebo dusík (technika nazývaná dopovanie), môže viesť k ďalším zaujímavým vlastnostiam a umožniť ďalšie aplikácie. Vedci sú presvedčení, že v týchto kremíkových nanodrôtoch sa dajú manipulovať rôzne zaujímavé kvantové javy vďaka ich veľmi malým rozmerom, čo robí tento materiál sľubným pre kvantové spracovanie informácií a možno aj kvantové počítače.

Zdroj: news.northeastern.edu.

Zobrazit Galériu

Redakcia

Všetky autorove články

Mohlo by vás zaujímať

Mohlo by vás zaujímať