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实验室实验表明 半导体纳米线可以在很宽的能量范围内进行调谐

2019-07-01 09:55:47 • 来源：

除了加速计算机之外，纳米线还承诺使LED更加丰富多彩，太阳能电池更加高效。也就是说，只要微小半导体在适当的波长下将电能转换为光，反之亦然。德国Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf(HZDR)的一个研究小组已设法生产具有可在大范围内自由选择的工作波长的纳米线 - 简单地通过改变壳结构。微调纳米线可以在光电子器件中扮演多种角色。正如团队在Nature Communications报道的那样，这将使组件更强大，更具成本效益，更易于集成。

实验室实验表明 半导体纳米线可以在很宽的能量范围内进行调谐

纳米线非常通用。这些微小元素可用于纳米技术中的微型光子和电子元件。应用包括芯片上的光学电路，新型传感器，LED，太阳能电池和创新的量子技术。独立式纳米线确保了最新半导体技术与传统硅基技术的兼容性。由于与硅衬底的接触很小，因此它们克服了组合不同材料的典型困难。

对于他们持续数年的研究，德累斯顿的研究人员首先开始研究从硅衬底上的半导体材料砷化镓生长纳米线。下一步涉及将晶片细线封装在另一层材料中，它们将铟作为附加元素添加到另一层材料中。他们的目标：的失配的晶体结构的材料的目的是诱发一个机械应变在导线芯，这改变了砷化镓的电子特性。例如，半导体带隙变小，电子变得更具移动性。为了放大这种效果，科学家们不断向壳中添加更多的铟，或增加壳的厚度。结果远远超出预期。

将已知效果发挥到极致

“我们所做的是对极端事件产生了明显的影响，”该研究的负责人Emmanouil Dimakis解释说，该研究涉及HZDR，TU Dresden和DESY在汉堡的研究人员。“所达到的应变的7​​%是巨大的。”

在这种应变水平下，Dimakis曾预计会发现半导体中出现的紊乱：根据他们的经验，线芯弯曲或出现缺陷。研究人员认为，特殊的实验条件是没有这种疾病的原因：首先，他们生长出极薄的砷化镓线 - 比人类头发细五千倍。其次，该团队设法在异常低温下生产线壳。然后原子的表面扩散或多或少地冻结，迫使壳在核心周围均匀生长。研究团队通过在德累斯顿的工厂以及英国汉堡和钻石的高光X射线光源PETRA III进行了几次独立的测量来强化了他们的发现。

非凡的研究结果促使研究人员进行了进一步的研究：“我们将注意力转移到触发纳米线核心极高应变的问题，以及如何将其用于某些应用，”Dimakis回忆道。“科学家多年来一直意识到砷化镓作为一种材料，但纳米线是特殊的。一种材料在纳米尺度上可能会表现出全新的性质。”

光纤网络的潜在应用

研究人员意识到高应变使他们将砷化镓半导体的带隙转移到非常低的能量，使其即使对于光纤网络的波长也能兼容。技术里程碑。毕竟，此光谱范围以前只能通过含有铟的特殊合金来实现，这会因材料混合而引起许多技术问题。

生产纳米线需要高精度方法。四年前，为此目的在HZDR安装了一个特殊系统：分子束外延实验室。在实验室中实现了纳米线从原子或分子束的自催化生长; 光束在超高真空中被引导到硅衬底上。Emmanouil Dimakis在建立实验室方面发挥了重要作用。本出版物中报道的大多数研究都是由Leila Balaghi作为博士学位的一部分进行的。

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