پژوهش‌گرانی از دانشگاه لوند در سوئد، تک‌نانوسیم‌های پیوسته‌ای از گالیوم آرسنید را رشد داده‌اند که بخش‌هایی از فازهای ورتزیت و زینک‌بلند را در خود دارد. آن‌ها با استفاده از طیف‌سنجی فوتولومینسانس نشان داده‌اند که محدودشدگی فضایی در طول شعاع یک نانوسیم به خم‌شدگی ساختار نواری ماده می‌انجامد.

بین‌سطحی گالیوم آرسنید ورتزیت/زینک بلند

با توجه به اینکه در سال‌های اخیر گالیوم آرسنیدِ با ساختار ورتزیت و زینک‌بلند خالص با موفقیت رشد یافته‌اند، هنوز از بسیاری از ویژگی‌های اساسی این مواد پرده برداشته نشده است. با این حال هم‌راستایی نوارهای رسانش و ظرفیت در بین‌سطحی گالیوم آرسنید ورتزیت و زینک‌بلند (نامتجانس نوع دو) علاقه‌ی فراوانی را به جهت پتانسیل آن برای استفاده در قطعات الکترونیکی و اپتوالکترونیکی جلب کرده است.

نانوسیم‌ها کاربردهای عملی در قطعات فوتوولتائیک، الکترونیک و اپتوالکترونیک آینده خواهند داشت.

وقتی فاز ورتزایت مابین فازهای زینک بلند ساندویچ می‌شود، کمینه‌ی نوار رسانش و بیشینه‌ی نوار ظرفیت به شکل فیزیکی در دو ماده‌ی مختلف ازهم جدا می‌شوند. این جهت‌گیری نوارهای انرژی به جداسازی جفت‌های الکترون-حفره‌ فوتوالقایی در طول بین‌سطحی نامتجانس کمک می‌کند که برای کاربردهای فوتوولتائی لازم است.

طیف‌سنجی فوتولومینسانس نانوسیم‌ها

برای تحقیق در مورد اثر اندازه‌ی نانوسیم‌ها بر روی جداسازی نواری، ایرنه گیزیلرز (Irene Geijselaers) و تیمش طیف‌سنجی فوتولومینسانس را بر روی تعدادی از نانوسیم‌های گالیوم آرسناید انجام داده‌اند که از ۷۰ تا ۱۵۰ نانومتر قطر دارند.

آن‌ها نانوسیم‌ها را با استفاده از هم‌آرایی فاز بخار فلز-آلی (MOVPE) با استفاده از نانوذرات طلا به عنوان کاتالیست رشد داده‌اند. این پژوهش‌گران توانسته‌اند بین رشد فازهای ورتزیت یا زینک‌بلند گالیوم آرسنید سویچ کنند. این روش هیچ نیازی به تغییر دمای رشد (که ممکن است به تنش و درنتیجه نقص در نانوسیم‌ها منجر شود) ندارد و بین‌سطحی‌های اتمی تیزی را مابین دو فاز ایجاد می‌کند. بعلاوه آن‌ها توانسته‌اند قطر نانوسیم‌ها را با قطر نانوذرات طلا که به عنوان کاتالسیت استفاده شده‌اند، کنترل کنند.

وقتی قطر نانوسیم افزایش می‌یابد، انرژی گذار (گاف انرژی مابین نوارهای رسانش و ظرفیت) کاهش می‌یابد. این پژوهش‌گران توضیح داده‌اند که این نتیجه به خاطر افزایشی است که در خم‌شدن ساختار نواری در نانوسیم‌های ضخیم در مقایسه با نانوسیم‌های باریک‌تر دیده می‌شود.

در این مقاله، نویسندگان خاطر نشان کرده‌اند که «نتایج ما دقت مدل‌سازی‌های آتی از ویژگی‌های الکترونی نامتناجس‌های ورتزیت-زینک‌بلند گالیوم آرسنید و دیگر مواد چندضلعی مهندسی شده را بهبود خواهد بخشید».

منبع:

Nanowire thickness alters GaAs band structure