Det är en liten förändring som gör stor skillnad. Forskare har utvecklat en metod som använder en graders temperaturförändring för att ändra ljusfärgen som en halvledare avger. Metoden, som använder en tunnfilms halvledare skiktad ovanpå ett värmekänsligt substratmaterial, erbjuder en väg att elektroniskt utlösa förändringar i egenskaperna hos halvledarmaterial.

"Vi kan ändra färgen på det ljus som materialet avger med endast en liten förändring av substratets temperatur, "sa Jian Shi, biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid Rensselaer Polytechnic Institute. "Om du kan manipulera ett material genom temperatur, du kan också manipulera det med spänning, och göra en elektronisk enhet, och det är betydande. Nu kan du styra emissionsvåglängder elektroniskt. "

Forskningen är detaljerad i "Icke-linjära elektron-gitterinteraktioner i en Wurtzite halvledare aktiverad via starkt korrelerad oxid, "publicerad i en ny utgåva av Avancerade material .

Materialforskare som Shi utvecklar material med egenskaper som kan möjliggöra ny teknik eller bättre passa nuvarande teknik. I huvudsak, det finns tre huvudalternativ för att ändra materialets egenskaper:ändra sammansättning, ändra temperaturen, eller ändra trycket på materialet. Var och en har fördelar och nackdelar, och ett material lämpligt för kommersiella tillämpningar måste vara ekonomiskt och uppvisa de nödvändiga egenskaperna under relativt vanliga förhållanden.

I denna forskning, Shi fokuserade på användning av tryck för att ändra elektrongitterkompositionen, eller symmetri, av kadmiumsulfit, och ändra dess egenskaper. Användningen av bulktryck har potentiella fallgropar:det tar mycket energi att ändra elektronens gitterinteraktion genom ett tryck; generera den energin kan kräva användning av en skrymmande apparat som gör materialet otillgängligt för applikationer; och många material har liten tolerans för deformation och kommer faktiskt att krossas innan de kan deformeras tillräckligt för att provocera nya egenskaper. Till exempel, kadmiumsulfit i bulk kommer att splittras vid 0,1 procent deformation, vilket inte är tillräckligt för att ändra dess elektron-gitterinteraktion, och därför dess materialegenskaper.

För att övervinna dessa fallgropar, Shis tillvägagångssätt använder en tunn film av halvledaren - som tål större deformation än bulkmaterialet - deponerat på ett substratmaterial som deformeras väsentligt när det bara utsätts för en liten temperaturförändring. Den tunna filmen av kadmiumsulfit, kan tolerera minst en procent deformation utan att krossas, en 10-faldig fördel jämfört med bulkmaterialet. Substratmaterialet, vanadiumdioxid, genomgår en fasomvandling från metall till isolator mellan 6 och 8 grader Celsius, ändra volymen av materialet och utöva tryck på den tunna filmhalvledaren som avsatts på dess yta.

Genom att kombinera den robusta tunnfilms halvledaren med det temperaturkänsliga substratet, Shi kan enkelt utsätta halvledaren för stor belastning.

Metoden kan utvidgas till en mängd olika tunnfilms halvledare och till substrat som genomgår fasövergång från tryck, liksom temperatur, eller elektrostatisk dopning.

Betydande, resultaten antyder också potentialen för att producera en spänning från termisk energi, vilket kan leda till skörd av termisk energi.

"Om du ändrar gitterkonstanten och symmetrin - för ett material, ibland kan du generera energi, som en nuvarande spik, "Sa Shi." Om vi ​​kan ändra termisk energi till elektricitet genom att ändra materialets symmetri, vi kan skörda värmeenergi. "