Nová forma křemíku by mohla způsobit revoluci v mnoha průmyslových odvětvích
Po desetiletém výzkumu se týmu strojních inženýrů ze Severovýchodní univerzity pod vedením Yung Joon Junga a Moneeshe Upmanyu podařilo syntetizovat ultratenké křemíkové nanodrátky s vysokou hustotou, které by mohly způsobit revoluci v polovodičovém průmyslu, jak píše server Northeastern.
Díky novému škálovatelnému procesu leptání bez katalyzátorů se vědcům podařilo vyrobit velmi tenké křemíkové nanodrátky o průměru dva až pět nanometrů. Asi před 10 lety upozornili studenti Junga na neobvyklý výsledek experimentu, který prováděli s křemíkovými destičkami.
Materiál, který viděli pod elektronovým mikroskopem, se lišil od materiálu, který chtěli vyrobit. Jung zjistil, že se jedná o křemík s velmi drobnou drátěnou nanostrukturou. Tým byl schopen nový materiál reprodukovat, ale když se pokusil vylepšit proces syntézy, nanodrátky se přestaly tvořit. Proto bylo nutné od počátku studovat mechanismus syntézy a strukturu a vlastnosti materiálu v atomárním měřítku. K pochopení materiálu a vysvětlení experimentů použili počítačové modelování a simulace.
Vědci se domnívali, že látka, která vznikla z křemíkových plátků při syntéze tohoto materiálu, je velmi slibná a zdá se, že stlačení je základem všech jeho zajímavých vlastností. Křemík je široce používaným polovodičem v mikroelektronice, jako jsou počítačové čipy, integrované obvody, tranzistory, křemíkové diody a displeje z tekutých krystalů, protože je levný a hojně rozšířený.
Konvenční křemík však nevydrží vysoké teploty, a proto je omezen na aplikace s nižším výkonem. Má pásmovou mezeru 1,11 elektronvoltu (pásmová mezera určuje energii potřebnou k tomu, aby elektrony v polovodičovém materiálu vedly elektrický proud při stimulaci vnějšími zdroji). Nový materiál má ultraširokou pásmovou mezeru 4,16 eV, což je světový rekord.
To znamená, že materiál potřebuje k vedení elektřiny větší podněty, ale může pracovat při vysokém výkonu, vysoké teplotě a vysokých frekvencích. Křemíkové nanodrátky vyrobené z tohoto nového materiálu budou vhodné pro výkonovou elektroniku, tranzistory, diody a LED zařízení. Na rozdíl od běžného křemíku je nový materiál vysoce odolný vůči oxidaci. Je to také fotoluminant schopný vyzařovat modré a fialové světlo, které lze použít pro ultrafialové osvětlení a v diodách vyzařujících modré světlo.
Jung a jeho výzkumný tým také vytvořili novou metodu výroby křemíkových nanodrátků, tzv. chemické leptání z par. To jim umožňuje vyrábět nanodrátky, které jsou 10 až 20krát menší než dnes komerčně používané křemíkové nanodrátky. Vědci dnes dokáží reprodukovat nanotrubičky s kontrolovanou délkou až 100 mikronů. Nový křemíkový materiál by měl být pro polovodičový průmysl velmi atraktivní. Mohl by se používat ve vojenských radiostanicích, radarech a ve fotovoltaice, například v solárních článcích. Mohl by se dokonce používat k získávání sluneční energie pod vodou.
Nové křemíkové nanodrátky mohou vylepšit lithium-iontové baterie. Přídavek některých vybraných materiálů, jako je fosfor nebo dusík (technika zvaná dopování), může vést k dalším zajímavým vlastnostem a umožnit další aplikace. Vědci se domnívají, že v těchto křemíkových nanodrátcích lze díky jejich velmi malým rozměrům manipulovat s celou řadou zajímavých kvantových jevů, a proto je tento materiál slibný pro kvantové zpracování informací a možná i pro kvantové počítače.
Zdroj: news.northeastern.edu