به گزارش "گسترش تولید و تجارت"  یک گروه پژوهشی بین‌المللی، یک نوع جدید از نیمه‌رسانای ابتدایی را در مقیاس نانو با ویژگی‌های الکترونیکی قابل تنظیم ساختند.یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران در پژوهش مشترکی نشان داده‌اند که با استفاده از یک نیمه‌رسانا دارای پیوندهای انعطاف‌پذیر می‌توان این ماده را با استفاده از نانومواد و بدون تغییر ترکیب آن، به صورت ساختارهای گوناگون قالب‌گیری کرد. این کشف می‌تواند به طراحی انواع دستگاه‌های الکترونیکی سفارشی‌سازی‌شده با استفاده از تنها یک عنصر کمک کند.

نیمه‌رساناها برای زندگی روزمره ما حیاتی هستند، زیرا تقریباً در همه دستگاه‌های الکترونیکی یافت می‌شوند

یکی از ویژگی‌های کلیدی نیمه‌رساناها، شکاف باند آنهاست که نحوه هدایت جریان الکتریکی را تعیین می‌کند. شکاف باند معمولا برای کاربردهای خاص با شکستن پیوندهای شیمیایی یا وارد کردن عناصر اضافی به ماده مهندسی می‌شود. این فرآیندها می‌توانند پیچیده و انرژی‌بر باشند.

محققان دانشگاه ناتینگهام، مرکز EPSRC SuperSTEM، دانشگاه اولم در آلمان و BNNT LLC در ایالات متحده، با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و با استفاده از نانولوله‌ها به عنوان لوله‌های آزمایش کوچک، اشکال جدیدی از سلنیوم را تصویربرداری کردند. این مطالعه امروز در Advanced Materials منتشر شده است.

دکتر ویل کال، پژوهشگر دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام، که این کار تجربی را انجام داده است، گفت: «سلنیوم یک نیمه‌هادی قدیمی با تاریخچه‌ای غنی است که در اولین سلول‌های خورشیدی استفاده شده است.» در تحقیقات خود، با کشف اشکال جدیدی که می‌توانند در صورت محدود شدن به مقیاس نانو پدیدار شوند، سلنیوم را احیا کرده‌ایم.

سلنیوم می‌تواند به صورت نانوسیم وجود داشته باشد، که ساختار و پیوند آن با قطر متفاوت است

در زیر یک اندازه خاص، پیوند بین اتم‌های سلنیوم تغییر می‌کند و زوایای پیوند را افزایش می‌دهد. این موجب صاف شدن ساختار مارپیچی اولیه و در نهایت محدود شدن آن به سیم‌های نازک اتمی می‌شود.

دکتر ویل کال : با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، با استفاده از نانولوله‌ها به عنوان لوله‌های آزمایش کوچک، اشکال جدیدی از سلنیوم را با موفقیت تصویربرداری کردیم

این رویکرد به ما امکان ایجاد یک نمودار فاز جدید را داد که ساختار اتمی سلنیوم را به قطر نانوسیم‌ها متصل می‌کند گروه ناتینگهام پیش از این گزارش داده بود که از نانولوله‌های آزمایش برای تصویربرداری از واکنش‌های شیمیایی مولکول‌های منفرد و مشاهده انتقال فاز در نیمه‌رساناها استفاده می‌کند. این رویکرد امکان فیلمبرداری بلادرنگ از شیمی در سطح اتمی را فراهم می‌کند.

 با کمال تعجب، مشاهده کردیم که نانولوله آزمایش با تصویربرداری از آن نازک‌تر شد

دکتر ویل کال در ادامه صحبت های خود گفت: درست جلوی چشمانمان، شاهد بودیم که نانوسیم سلنیوم درون نانولوله مانند خمیردندان فشرده، کشیده و نازک می‌شود. این کشف غیرمنتظره به ما اجازه داد تا مکانیسم‌هایی را برای تبدیل یک نوع نانوسیم به نوع دیگر، که پیامدهایی برای خواص الکترونیکی آنها دارد، با دقتی نزدیک به اتمی، ایجاد کنیم.

شکاف باند یک ویژگی حیاتی نیمه‌رساناها است که به طور قابل توجهی بر استفاده از آنها در دستگاه‌های مختلف، از جمله سلول‌های خورشیدی، ترانزیستورها و فوتوکاتالیست‌ها تاثیر می‌گذارد

پروفسور کوئنتین راماس، مدیر EPSRC SuperSTEM، گفت: «با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی با تفکیک اتمی همراه با طیف‌سنجی اتلاف انرژی الکترون، توانستیم شکاف‌های باند زنجیره‌های منفرد سلنیوم را اندازه‌گیری کنیم. این اندازه‌گیری‌ها ما را قادر ساخت تا رابطه‌ای بین قطر این نانوسیم‌ها و شکاف‌های باند مربوطه آنها برقرار کنیم.»

پروفسور کوئنتین راماس گفت: «به طور سنتی، نانولوله‌های کربنی به عنوان نانولوله‌های آزمایشگاهی استفاده شده‌اند. با این حال، خواص جذب انرژی برجسته آنها می‌تواند انتقال‌های الکترونیکی ماده داخل را مبهم کند.» در مقابل، نوع جدیدتری از نانولوله‌های آزمایشگاهی، نانولوله‌های نیترید بور، شفاف هستند و به ما امکان می‌دهند گذارهای شکاف باند را در نانوسیم‌های سلنیوم موجود در آنها مشاهده کنیم.

قانون معروف مور بیان می‌کند که تعداد ترانزیستورهای روی یک مدار مجتمع تقریباً هر دو سال دو برابر می‌شود

در نتیجه، اجزای الکترونیکی باید کوچکتر شوند. پروفسور آندری خلوبیستوف، دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام، گفت: حد نهایی اندازه نانوسیم را بررسی کرده‌ایم و در عین حال خواص الکترونیکی مفید را حفظ کرده‌ایم. این امر برای سلنیوم امکان‌پذیر است زیرا پدیده حبس کوانتومی می‌تواند به طور موثر با اعوجاج در ساختار اتمی متعادل شود و در نتیجه شکاف باند در یک محدوده مفید باقی بماند.

محققان امیدوارند که این مواد جدید در آینده در دستگاه‌های الکترونیکی گنجانده شوند

تنظیم دقیق شکاف باند سلنیوم با تغییر قطر نانوسیم می‌تواند منجر به طراحی انواع دستگاه‌های الکترونیکی سفارشی با استفاده از تنها یک عنصر شود.

این کار با حمایت مالی مشترک برنامه EPSRC با عنوان «اتم‌های فلزی روی سطوح و رابط‌ها (MASI) برای آینده‌ای پایدار» به آدرس www.masi.ac.uk و پروژه Leverhulme Trust با عنوان «رام کردن رادیکال‌ها» انجام شده است

دانشگاه ناتینگهام سابقه درخشانی در حمایت از علوم و فناوری‌های نانو دارد. مرکز تحقیقات نانومقیاس و میکرومقیاس (nmRC) مجموعه‌ای منحصر به فرد از ابزار دقیق و تخصص‌های مرتبط را، همه زیر یک سقف، برای پشتیبانی از تعدادی از پروژه‌های تحقیقاتی بین رشته‌ای از مواد کاربردی گرفته تا فناوری‌های کوانتومی و مراقبت‌های بهداشتی ارائه می‌دهد.

پژوهگران «دانشگاه ناتینگهام»(University of Nottingham)، مرکز علمی «EPSRC SuperSTEM»، «دانشگاه اولم»(Ulm University) آلمان و شرکت «BNNT LLC» آمریکا با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و به‌کارگیری نانولوله‌ها به‌عنوان لوله‌های آزمایشگاهی کوچک، انواع جدیدی از سلنیوم را تصویربرداری کردند.

دکتر «ویل کال»(Will Cull) پژوهشگر دانشکده شیمی دانشگاه ناتینگهام گفت: سلنیوم یک نیمه‌رسانای قدیمی با تاریخچه‌ای غنی است که در اولین سلول‌های خورشیدی مورد استفاده قرار گرفته است در این پژوهش، با کشف شکل‌های جدیدی که می‌توانند در صورت محدود شدن به مقیاس نانو پدیدار شوند، سلنیوم را احیا کرده‌ایم.

در یک اندازه مشخص، پیوند بین اتم‌های سلنیوم تغییر می‌کند و زاویه پیوند را افزایش می‌دهد،این امر موجب صاف شدن ساختار مارپیچی اولیه و در نهایت انقباض آن به سیم‌های نازک اتمی می‌شود

دکتر کال گفت: ما با موفقیت شکل‌های جدیدی از سلنیوم را با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری و با استفاده از نانولوله‌ها به عنوان لوله‌های آزمایش کوچک تصویربرداری کردیم. این رویکرد به ما امکان داد تا یک نمودار فازی جدید ایجاد کنیم که ساختار اتمی سلنیوم را به قطر نانوسیم‌ها متصل می‌کند. این پژوهش در مجله «Advanced Materials» به چاپ رسید.

منبع:  EurekAlert