半導體納米線可以在很寬的能量范圍內進行調諧

除了加速計算機之外，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，只要微小半導體在適當?shù)牟ㄩL下將電能轉換為光，反之亦然。德國Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的一個研究小組已設法生產具有可在大范圍內自由選擇的工作波長的納米線 - 簡單地通過改變殼結構。微調納米線可以在光電子器件中扮演多種角色。正如團隊在Nature Communications報道的那樣，這將使組件更強大，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中的微型光子和電子元件。應用包括芯片上的光學電路，新型傳感器，LED，太陽能電池和創(chuàng)新的量子技術。獨立式納米線確保了最新半導體技術與傳統(tǒng)硅基技術的兼容性。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體材料砷化鎵生長納米線。下一步涉及將晶片細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：的失配的晶體結構的材料的目的是誘發(fā)一個機械應變在導線芯，這改變了砷化鎵的電子特性。例如，半導體帶隙變小，電子變得更具移動性。為了放大這種效果，科學家們不斷向殼中添加更多的銦，或增加殼的厚度。結果遠遠超出預期。

將已知效果發(fā)揮到極致

“我們所做的是對極端事件產生了明顯的影響，”該研究的負責人Emmanouil Dimakis解釋說，該研究涉及HZDR，TU Dresden和DESY在漢堡的研究人員。“所達到的應變的7??%是巨大的。”

在這種應變水平下，Dimakis曾預計會發(fā)現(xiàn)半導體中出現(xiàn)的紊亂：根據(jù)他們的經驗，線芯彎曲或出現(xiàn)缺陷。研究人員認為，特殊的實驗條件是沒有這種疾病的原因：首先，他們生長出極薄的砷化鎵線 - 比人類頭發(fā)細五千倍。其次，該團隊設法在異常低溫下生產線殼。然后原子的表面擴散或多或少地凍結，迫使殼在核心周圍均勻生長。研究團隊通過在德累斯頓的工廠以及英國漢堡和鉆石的高光X射線光源PETRA III進行了幾次獨立的測量來強化了他們的發(fā)現(xiàn)。

非凡的研究結果促使研究人員進行了進一步的研究：“我們將注意力轉移到觸發(fā)納米線核心極高應變的問題，以及如何將其用于某些應用，”Dimakis回憶道。“科學家多年來一直意識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表現(xiàn)出全新的性質。”

光纖網(wǎng)絡的潛在應用

研究人員意識到高應變使他們將砷化鎵半導體的帶隙轉移到非常低的能量，使其即使對于光纖網(wǎng)絡的波長也能兼容。技術里程碑。畢竟，此光譜范圍以前只能通過含有銦的特殊合金來實現(xiàn)，這會因材料混合而引起許多技術問題。

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