Un team internazionale di scienziati della Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University (SPbPU), La Leibniz University Hannover (Leibniz Universität Hannover) e l'Istituto Ioffe segnalano un modo per migliorare il materiale nanocomposito, aprendo nuove opportunità nell'industria. Lo studio, intitolato "Il meccanismo di generazione di portatori di carica al TiO ₂ —eterogiunzione n-Si attivata da nanoparticelle d'oro, " è pubblicato in Scienza e tecnologia dei semiconduttori .

Lo studio è dedicato a un semiconduttore composito a base di biossido di titanio. Le sue applicazioni sono ampiamente studiate dai ricercatori di tutto il mondo. Ma i processi che avvengono in questo materiale sono molto complessi. Perciò, utilizzare il semiconduttore in modo più efficace, è necessario garantire che l'energia racchiusa tra i suoi strati possa essere rilasciata e trasmessa.

Nell'ambito degli esperimenti, i ricercatori propongono un modello qualitativo per spiegare i processi complessi. Hanno usato un materiale composito costituito da un wafer di silicio (wafer di silicio standard utilizzato nei dispositivi elettronici), nanoparticelle d'oro e un sottile strato di biossido di titanio. Durante l'esperimento per trasferire l'energia all'interno del materiale, i ricercatori intendevano isolare le nanoparticelle dal silicio. Se le nanoparticelle non sono isolate dal wafer di silicio, quindi l'energia non può essere trasmessa al silicio né al biossido di titanio, portando a perdita di energia.

"Il materiale ottenuto era un wafer di silicio con strutture simili a pilastri cresciute sulla sua superficie. È stato utilizzato come substrato per il campione. Le nanoparticelle d'oro erano situate sopra questi pilastri e l'intera struttura era rivestita con ossido di titanio. Pertanto, le nanoparticelle hanno contattato solo il biossido di titanio, e contemporaneamente sono stati isolati dal silicio. Il numero di confini tra gli strati è diminuito, e abbiamo cercato di descrivere i processi nel materiale. Inoltre, abbiamo ipotizzato che questa struttura avrebbe aumentato l'efficienza dell'utilizzo dell'energia della luce che illumina la superficie del nostro materiale, "dice il dottor Maxim Mishin, professore di fisica, Chimica, e Technology of Microsystems Equipment Department di SPbPU.

A San Pietroburgo, un gruppo scientifico internazionale ha stabilito un modello di una nuova struttura, poi ad Hannover è stata realizzata la parte principale della struttura:un wafer di silicio con pilastri e nanoparticelle d'oro situate al di sopra di esso.

L'esperimento è stato eseguito come segue. Primo, il wafer è stato ossidato, cioè., era ricoperto da uno strato di substrato, e le nanoparticelle d'oro sono state messe sopra di esso. "Dopo di che, abbiamo affrontato il compito successivo:creare pilastri ed eseguire l'incisione del substrato in modo che rimanga sotto le particelle e non e tra di esse. Considerando che abbiamo a che fare con la nanoscala, il diametro delle nanoparticelle d'oro è di circa 10 nanometri, e l'altezza del pilastro è di 80 nanometri:non è un compito banale. Lo sviluppo della moderna nanoelettronica rende possibile l'utilizzo dei cosiddetti metodi di incisione "a secco" come l'incisione ionica reattiva, " aggiunge il dott. Marc Christopher Wurz dell'Istituto di tecnologia di microproduzione presso l'Università Leibniz di Hannover.

Secondo gli scienziati, il processo non è stato rapido. Nelle prime fasi dell'esperimento, durante l'utilizzo dell'incisione ionica, tutte le nanoparticelle d'oro sono state semplicemente demolite dal wafer ossidato. Nel giro di una settimana, i ricercatori stavano selezionando i parametri per l'incisione del sistema al plasma, in modo che le nanoparticelle d'oro rimanessero sulla superficie. L'intero esperimento è stato condotto entro 10 giorni.

Questo progetto scientifico è in corso. I ricercatori riferiscono che questo materiale nanocomposito può essere utilizzato in dispositivi ottici che operano nello spettro della luce visibile. Inoltre, può essere usato come catalizzatore per produrre idrogeno dall'acqua, oppure per purificare l'acqua stimolando la decomposizione di molecole complesse. Inoltre, questo materiale può essere utile come elemento di un sensore che rileva fughe di gas o aumento della concentrazione di sostanze nocive nell'aria.