Gallium arsenid, GaAs, en halvledare som består av gallium och arsenik är välkänd för att ha fysikaliska egenskaper som lovar praktiska tillämpningar. I form av nanotrådar och nanopartiklar, det har särskild potential att användas vid tillverkning av solceller och optoelektronik i många av samma applikationer som kisel vanligtvis används.

Men den naturliga halvledande förmågan hos GaAs kräver viss justering för att göra den mer önskvärd för användning vid tillverkning av dessa typer av produkter. Nytt arbete från ett team som leds av Carnegies Alexander Goncharov utforskar en ny metod för sådan stämning. Deras arbete publiceras i Vetenskapliga rapporter . I forskargruppen ingår Wei Zhou, Xiao-Jia Chen, Xin-Hua Li och Yu-Qi Wang från den kinesiska vetenskapsakademin och Jian-Bo Zhang från South China University of Technology.

Metalliska ämnen leder lätt elektrisk ström, medan isolerande (icke-metalliska) material inte leder någon ström alls. Halvledande material uppvisar mellanliggande elektrisk konduktivitet. När halvledande material utsätts för inmatning av en specifik energi, bundna elektroner kan flyttas till högre energi, ledande stater. Den specifika energi som krävs för att göra detta hopp till det ledande tillståndet definieras som "bandgapet". Finjustering av detta bandgap har potential att förbättra galliumarsenids kommersiella potential.

Det finns olika metoder tillgängliga för att göra små justeringar av "bandgapet". Goncharovs team fokuserade på den nya tillämpningen av mycket högt tryck, vilket kan få en förening att genomgå elektroniska förändringar som kan förändra materialens elektronbäraregenskaper. Det hade redan påvisats på nanotrådar gjorda av en kristallin form av galliumarsenid - den kubiska så kallade "zincblende"-strukturen - att "bandgapet" vidgas under tryck.

Den nuvarande forskningen fokuserade istället på nanotrådar av en mindre vanlig kristallin form - den hexagonala så kallade "wurtzite"-strukturen. Teamet utsatte "wurtzite" galliumarsenid för upp till cirka 227, 000 gånger normalt atmosfärstryck (23 gigapascal) i diamantstädceller. De upptäckte "bandgapet" som elektronerna behöver för att hoppa över för att också vidgas, även om det inte är lika mycket som i fallet med "zincblende" kristallnanotrådarna.

Betydligt nog, de upptäckte att omkring 207, 000 gånger normalt atmosfärstryck (21 gigapascal), "wurtzite" galliumarsenid nanotrådarna genomgick en strukturell förändring som inducerade en ny fas, den så kallade "ortorombiska" som möjligen kan ha metalliska elektroniska egenskaper.

"Likheten i beteende när det utsätts för högt tryck, men resulterar i betydande skillnader i storleken på "bandgapet", mellan de två kristallina strukturerna av galliumarsenid tyder på att båda typerna av GaAs-strukturer teoretiskt sett skulle kunna inkorporeras i en enda enhet, eller till och med en enda nanotråd, och realisera mycket mer komplexa och användbara elektroniska funktioner genom interaktioner över faserna, "Goncharov sa." Vi tror att dessa fynd kommer att stimulera ytterligare forskning om galliumarsenid för både grundläggande vetenskapliga och praktiska ändamål. "