ANH – Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng bằng cách sử dụng chất bán dẫn có tính liên kết một cách linh hoạt, vật liệu có thể được đúc thành nhiều cấu trúc khác nhau bằng cách sử dụng các thùng chứa nano, mà không làm thay đổi thành phần của nó. Khám phá này có thể dẫn đến việc thiết kế nhiều loại thiết bị điện tử tùy chỉnh chỉ sử dụng một thành phần duy nhất.
Chất bán dẫn rất quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày của chúng ta, vì chúng có trong hầu hết mọi thiết bị điện tử. Một trong những đặc điểm chính của chất bán dẫn là khoảng cách dải của chúng, quyết định cách chúng dẫn dòng điện. Khoảng cách dải thường được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể bằng cách phá vỡ các liên kết hóa học hoặc đưa thêm các nguyên tố vào vật liệu. Tuy nhiên, các quy trình này có thể phức tạp và tốn nhiều năng lượng.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Nottingham (University of Nottingham), Cơ sở Nghiên cứu Quốc gia Anh STEM (EPSRC SuperSTEM), Đại học Ulm (Ulm University) ở CHLB Đức và Công ty BNNT Materials ở Mỹ, đã chụp ảnh các dạng của nguyên tố hóa học selen mới bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, sử dụng các ống nano làm ống nghiệm nhỏ. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials.
Tiến sĩ Will Cull, nghiên cứu viên tại Khoa Hóa học, Đại học Nottingham, người thực hiện công trình thử nghiệm, đã nói rằng: “Nguyên tố selen là một chất bán dẫn có lịch sử lâu đời, đã được sử dụng trong các tế bào năng lượng mặt trời đầu tiên. Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi đã hồi sinh nguyên tố selen bằng cách khám phá ra các dạng mới, có thể xuất hiện khi bị giới hạn ở kích thước nano”.
Nguyên tố selen có thể tồn tại dưới dạng nanowires, với cấu trúc và liên kết của nó thay đổi theo đường kính. Dưới một kích thước nhất định, liên kết giữa các nguyên tử selen thay đổi, tăng góc liên kết. Điều này làm thẳng cấu trúc xoắn ốc ban đầu, cuối cùng co lại thành các sợi mỏng nguyên tử.
Tiến sĩ Will nói tiếp: “Chúng tôi đã chụp ảnh thành công các dạng nguyên tố selen mới bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, sử dụng các ống nano như các ống nghiệm nhỏ. Phương pháp này cho phép chúng tôi tạo ra một sơ đồ pha mới kết nối cấu trúc nguyên tử của selen với đường kính của các sợi nano”.
Nhóm nghiên cứu tại đại học Nottingham trước đây đã báo cáo sử dụng ống nghiệm nano để chụp ảnh phản ứng hóa học của từng phân tử và quan sát quá trình chuyển pha trong chất bán dẫn. Phương pháp này cho phép quay phim hóa học theo thời gian thực ở cấp độ nguyên tử.
Tiến sĩ Will chia sẻ: “Thật kinh ngạc, chúng tôi quan sát thấy ống nghiệm nano trở nên mỏng hơn khi chúng tôi chụp ảnh nó! Chúng tôi đã chứng kiến sợi nano selen bên trong ống nano bị ép lại như kem đánh răng, giãn ra và mỏng đi. Phát hiện tình cờ này cho phép chúng tôi thiết lập các cơ chế để biến đổi một loại sợi nano này thành loại khác, có ý nghĩa đối với các đặc tính điện tử của chúng, với độ chính xác như nguyên tử”.
Khoảng cách dải là một tính chất quan trọng của chất bán dẫn, có tác động đến việc sử dụng chúng trong nhiều thiết bị khác nhau, bao gồm pin năng lượng mặt trời, bóng bán dẫn và chất xúc tác quang. Giáo sư Quentin Ramasse, giám đốc cơ sở EPSRC SuperSTEM, đã nói rằng: “Bằng cách sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua quét phân giải nguyên tử kết hợp với quang phổ mất năng lượng điện tử, chúng tôi có thể đo khoảng cách dải của từng chuỗi selen. Các phép đo này cho phép chúng tôi thiết lập mối quan hệ giữa đường kính của các nanowire này và khoảng cách dải tương ứng của chúng”.
Giáo sư Quentin nói tiếp: “Theo truyền thống, ống nano carbon được sử dụng làm ống nghiệm nano; tuy nhiên, đặc tính hấp thụ năng lượng vượt trội của chúng có thể che khuất các chuyển đổi điện tử của vật liệu bên trong. Ngược lại, một loại ống nghiệm nano mới hơn, ống nano boron nitride, trong suốt, cho phép chúng ta quan sát các chuyển đổi khoảng cách dải trong các dây nano selen chứa bên trong chúng”.
Định luật Moore nêu rằng số lượng bóng bán dẫn trên một mạch tích hợp tăng gấp đôi sau khoảng hai năm. Do đó, các linh kiện điện tử phải trở nên nhỏ hơn. Giáo sư Andrei Khlobystov, Khoa Hóa học, Đại học Nottingham, đã nói rằng: “Chúng tôi đã nghiên cứu giới hạn cuối cùng cho kích thước nanowire trong khi vẫn bảo toàn các đặc tính điện tử hữu ích. Điều này có thể xảy ra đối với selen vì hiện tượng giới hạn lượng tử có thể được cân bằng hiệu quả bằng các biến dạng trong cấu trúc nguyên tử, do đó cho phép khoảng cách dải vẫn nằm trong phạm vi hữu ích”.
Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng những vật liệu mới này sẽ được tích hợp vào các thiết bị điện tử trong tương lai. Việc điều chỉnh chính xác khoảng cách dải selen bằng cách thay đổi đường kính của nanowire có thể dẫn đến việc thiết kế nhiều loại thiết bị điện tử tùy chỉnh chỉ sử dụng một thành phần duy nhất.
Để xem các tin bài khác về “Bán dẫn”, hãy nhấn vào đây.
Nguồn: Electronics Online
