Ingenjörer som arbetar i nanoskala kommer att ha ett nytt verktyg till sitt förfogande tack vare en internationell grupp forskare som leds av Drexel Universitys College of Engineering. Denna innovativa procedur skulle kunna lindra den ihållande utmaningen att mäta nyckelegenskaper hos elektronbeteende samtidigt som man designar de ständigt krympande komponenterna som tillåter mobiltelefoner, bärbara datorer och surfplattor för att bli allt tunnare och mer energieffektiva.

"Gränssnittet mellan två halvledarmaterial möjliggör de flesta elektroniska prylar vi använder varje dag, från datorer till mobiltelefoner, skärmar och solceller, sa Guannan Chen, en doktorand vid Drexels avdelning för materialvetenskap och teknik och huvudförfattaren till gruppens rapport, som nyligen publicerades i Nanobokstäver . "En av de viktigaste funktionerna i gränssnittet är höjden på energisteget som krävs för att elektronen ska klättra över, känd som bandoffset. Nuvarande metoder för att mäta denna steghöjd i plana enheter är inte praktiska för enheter i nanoskala, dock, så vi gav oss iväg för att hitta ett bättre sätt att göra den här mätningen."

Att mäta bandförskjutningen mot elektroner som hoppar från ett material till ett annat är en nyckelkomponent i designprocessen eftersom det styr omdesignen och prototyperna av komponenter i nanoskala för att göra dem så effektiva och effektiva som möjligt.

Att använda laserinducerad ström i en nanotrådsenhet och dess beroende av laserns våglängd, teamet utarbetade en ny metod för att härleda bandoffset. När de kontinuerligt ändrar laserns våglängd, de mäter fotoströmsvaren. Från dessa data kan de bestämma bandförskjutningen.

"Att använda gränssnittet inom en koaxiell kärna-skal halvledar nanotråd som ett modellsystem, vi gjorde direkta mätningar av bandoffset för första gången i nanotrådselektronik, ", sa Chen. "Detta är en viktig hörnsten för att fritt kunna designa nya nanotrådsenheter som solceller, lysdioder, och höghastighetselektronik för trådlös kommunikation. Detta arbete kan även sträcka sig till bredare materialsystem som kan skräddarsys för specifik tillämpning."

Studien, som främst finansierades av National Science Foundation, inkluderade även forskare från Lehigh University, National Research Council – Institute for Microelectronics and Microsystems (IMM-CNR) och University of Salento i Italien, Weizmann Institute of Science och Negev Nuclear Research Center i Israel och University of Alabama. Varje grupp lade till en nyckelkomponent till projektet.

"Lagarbete och nära samarbeten är avgörande i detta arbete, sa Guan Sun, huvudforskaren från Lehigh. "Den smidiga kanalen för att dela idéer och experimentresurser är värdefull inom teamet eftersom kvaliteten och variationen i materialsystemet är avgörande för att uppnå korrekta resultat."

Medan Drexels medlemmar designade experimenten, bearbetade materialen, tillverkade nanotrådsenheten och genomförde spektroskopiska experiment, Sun och Yujie Ding, från Lehigh, stödde forskningen med kompletterande optiska experiment.

Samarbetspartnerna från IMM-CNR, Paola Prete, och universitetet i Salento, Ilio Miccoli och Nico Lovergine gick ihop med Hadas Shtrikman, från Weizmann Institute of Science för att producera den högkvalitativa nanotråden som används i testningen. Patrick Kung, från University of Alabama, analyserade nanotrådens sammansättning på atomnivå, och Tsachi Livneh, från Negev Nuclear Research Center, bidragit till analyserna.

"Detta anmärkningsvärt enkla tillvägagångssätt för att erhålla en nyckelegenskap i individuella nanotrådar är ett spännande framsteg, " sa Dr Jonathan Spanier, en professor vid Drexel's College of Engineering som är den ledande utredaren av projektet. "Vi räknar med att det kommer att vara en värdefull metod när vi utvecklar elektroniska enheter i nanoskala med helt nya och viktiga funktioner."

Med en bättre förståelse av materialet och elektronens beteende, teamet kommer att fortsätta att sträva efter nya optoelektroniska enheter i nanoskala såsom transistorer med nya koncept, elektronöverföringsanordningar och fotovoltaiska anordningar.