Ett forskargrupp har rapporterat att de har sett, för första gången, atomskala defekter som dikterar egenskaperna hos en ny och kraftfull halvledare.

Studien, publicerades tidigare denna månad i tidningen Fysisk granskning X , visar en grundläggande aspekt av hur halvledaren, beta galliumoxid, styr el.

"Vårt jobb är att försöka identifiera varför detta material, kallas beta galliumoxid, agerar som det agerar på den grundläggande nivån, sa Jared Johnson, huvudförfattare till studien och forskarassistent vid Ohio State University Center for Electron Microscopy and Analysis. "Det är viktigt att veta varför detta material har de egenskaper det har, och hur den fungerar som en halvledare, och vi ville titta på det på atomnivå - för att se vad vi kunde lära oss."

Forskare har känt till beta galliumoxid i cirka 50 år, men bara under de senaste åren har det blivit ett spännande alternativ för ingenjörer som vill bygga mer tillförlitliga, mer effektiv högeffektiv teknik. Materialet är särskilt väl lämpat för enheter som används under extrema förhållanden, som i försvarsindustrin. Teamet har studerat beta galliumoxid för sin potential att ge kraft med hög densitet.

För denna studie, CEMAS-teamet, övervakad av Jinwoo Hwang, biträdande professor i materialvetenskap och teknik, undersökte beta galliumoxid under ett kraftfullt elektronmikroskop, för att se hur materialets atomer interagerade. Det de såg bekräftade en teori som först antogs för ungefär ett decennium sedan av teoretiker:Beta-galliumoxid har en form av ofullkomlighet i sin struktur, något teamet kallar "poängdefekter, "som inte liknar alla defekter som tidigare setts i andra material.

Dessa defekter spelar roll:till exempel de kan vara platser där el kan gå förlorad i transitering mellan elektroner. Med rätt manipulation, defekterna kan också ge möjligheter till en aldrig tidigare skådad kontroll av materialets egenskaper. Men att förstå defekterna måste komma innan vi lär oss att kontrollera dem.

"Det är mycket meningsfullt att vi faktiskt direkt kunde observera dessa punktdefekter, dessa avvikelser i kristallgitteret, "Johnson sa." Och dessa punktfel, dessa udda bollar inom gitterstrukturen, sänka strukturens energistabilitet. "

En lägre energistabilitet innebär att materialet kan ha några brister som måste åtgärdas för att leda elektricitet effektivt, Johnson sa, men de betyder inte att betagalliumoxid inte nödvändigtvis skulle vara en bra halvledare. Defekterna kan faktiskt bete sig positivt för att leda elektricitet - om forskare kan kontrollera dem.

"Detta material har mycket bra egenskaper för den kraftfulla tekniken, " sa han. "Men det är viktigt att vi ser detta på den grundläggande nivån - vi förstår nästan vetenskapen bakom det här materialet och hur det fungerar, eftersom denna defekt, dessa abnormiteter, kan påverka hur den fungerar som en halvledare. "