Oorganiska halvledande kristaller tenderar i allmänhet att misslyckas på ett sprött sätt. Detta gäller zinksulfid (ZnS); ZnS-kristaller (A) visar katastrofala frakturer efter mekaniska tester under vanliga ljusexponeringsmiljöer (B). Dock, vi fick reda på att ZnS -kristaller kan deformeras plastiskt upp till en deformationsstam av εt =45 % när de deformeras längs [001] -riktningen i fullständigt mörker även vid rumstemperatur (C). Dessutom, det optiska bandgapet för de deformerade ZnS -kristallerna minskade med 0,6 eV efter deformation. Upphovsman:Atsutomo Nakamura
Oorganiska halvledare som kisel är oumbärliga i modern elektronik eftersom de har avstämbar elektrisk konduktivitet mellan metallens och isolatorns. En halvledares elektriska konduktivitet styrs av dess bandgap, som är energiskillnaden mellan dess valens- och ledningsband; ett smalt bandgap resulterar i ökad konduktivitet eftersom det är lättare för en elektron att röra sig från valensen till ledningsbandet. Dock, oorganiska halvledare är spröda, vilket kan leda till enhetsfel och begränsar deras tillämpningsområde, särskilt inom flexibel elektronik.
En grupp vid Nagoya University upptäckte nyligen att en oorganisk halvledare uppförde sig annorlunda i mörkret jämfört med i ljuset. De fann att kristaller av zinksulfid (ZnS), en representativ oorganisk halvledare, var spröda när de utsattes för ljus men flexibla när de förvarades i mörker vid rumstemperatur. Resultaten publicerades i Vetenskap .
"Inverkan av fullständigt mörker på de mekaniska egenskaperna hos oorganiska halvledare hade inte tidigare undersökts, "studiemedförfattare Atsutomo Nakamura säger." Vi fann att ZnS-kristaller i fullständigt mörker uppvisade mycket högre plasticitet än de under ljusexponering. "
ZnS -kristallerna i mörkret deformerades plastiskt utan fraktur till en stor belastning på 45%. Teamet tillskrev ZnS -kristallernas ökade plasticitet i mörkret till den höga rörligheten för dislokationer i fullständigt mörker. Dislokationer är en typ av defekt som finns i kristaller och är kända för att påverka kristallegenskaper. Under ljus exponering, ZnS -kristallerna var spröda eftersom deras deformationsmekanism skilde sig från den i mörkret.
Plastisk deformation av material orsakas av kärnbildning och multiplikation av dislokationer under en yttre kraft (A och B). Man tror allmänt att spröda oorganiska halvledande material har svårt att bilda dislokationer på grund av deras starka kemiska bindningar. Dock, vi fann att ett stort antal dislokationer genereras och multipliceras i ZnS -kristaller under deformation i mörker (C), vilket resulterar i den extraordinära plasticiteten. Upphovsman:Atsutomo Nakamura
Den höga plasticiteten hos ZnS -kristallerna i mörkret åtföljdes av en avsevärd minskning av bandgapet hos de deformerade kristallerna. Således, bandgapet för ZnS -kristaller och i sin tur deras elektriska konduktivitet kan styras av mekanisk deformation i mörkret. Teamet föreslog att det minskade bandgapet för de deformerade kristallerna orsakades av att deformation införde dislokationer i kristallerna, som förändrade deras bandstruktur.
"Denna studie avslöjar känsligheten hos de mekaniska egenskaperna hos oorganiska halvledare för ljus, "medförfattare Katsuyuki Matsunaga säger." Våra resultat kan möjliggöra utveckling av teknik för att konstruera kristaller genom kontrollerad ljusexponering. "
Forskarnas resultat tyder på att styrkan, sprödhet, och konduktivitet hos oorganiska halvledare kan regleras av ljusexponering, öppnar en intressant väg för att optimera prestanda för oorganiska halvledare inom elektronik.
