Un gruppo di ricerca ha riferito di aver visto, per la prima volta, difetti su scala atomica che dettano le proprietà di un nuovo e potente semiconduttore.
Lo studio, pubblicato all'inizio di questo mese sulla rivista Revisione fisica X , mostra un aspetto fondamentale di come il semiconduttore, ossido di beta gallio, controlla l'elettricità.
"Il nostro compito è cercare di identificare perché questo materiale, chiamato beta ossido di gallio, agisce come agisce a livello fondamentale, " ha detto Jared Johnson, autore principale dello studio e ricercatore associato presso l'Ohio State University Center for Electron Microscopy and Analysis. "È importante sapere perché questo materiale ha le proprietà che ha, e come agisce come un semiconduttore, e volevamo esaminarlo a livello atomico, per vedere cosa potevamo imparare".
Gli scienziati conoscono l'ossido di beta gallio da circa 50 anni, ma solo negli ultimi anni è diventata un'opzione interessante per gli ingegneri che cercano di costruire soluzioni più affidabili, tecnologie ad alta potenza più efficienti. Il materiale è particolarmente adatto per dispositivi utilizzati in condizioni estreme, come nel settore della difesa. Il team ha studiato l'ossido di beta gallio per il suo potenziale di fornire energia ad alta densità.
Per questo studio, il team CEMAS, supervisionato da Jinwoo Hwang, assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali, esaminato l'ossido di beta gallio sotto un potente microscopio elettronico, per vedere il modo in cui gli atomi del materiale hanno interagito. Ciò che hanno visto ha confermato una teoria ipotizzata per la prima volta circa un decennio fa dai teorici:l'ossido di beta gallio ha una forma di imperfezione nella sua struttura, qualcosa che il team chiama "difetti di punti, " che sono diversi da qualsiasi difetto riscontrato in precedenza in altri materiali.
Questi difetti contano:ad esempio, potrebbero essere luoghi in cui l'elettricità potrebbe essere persa durante il transito tra gli elettroni. Con una corretta manipolazione, i difetti possono anche fornire opportunità per un controllo senza precedenti delle proprietà del materiale. Ma la comprensione dei difetti deve venire prima di imparare a controllarli.
"È molto significativo che abbiamo potuto osservare direttamente questi difetti puntuali, queste anomalie all'interno del reticolo cristallino, " Johnson ha detto. "E questi punti difettosi, questi stravaganti all'interno della struttura reticolare, abbassare la stabilità energetica della struttura."
Una stabilità energetica inferiore significa che il materiale potrebbe avere alcuni difetti che devono essere risolti per condurre l'elettricità in modo efficiente, Johnson ha detto, ma non significano che il beta ossido di gallio non sarebbe necessariamente un buon semiconduttore. I difetti possono infatti comportarsi favorevolmente per condurre l'elettricità, se gli scienziati possono controllarli.
"Questo materiale ha ottime proprietà per quelle tecnologie ad alta potenza, " ha detto. "Ma è importante che stiamo vedendo questo a livello fondamentale:stiamo quasi capendo la scienza dietro questo materiale e come funziona, perché questo difetto, queste anomalie, potrebbe influenzare il modo in cui funziona come un semiconduttore."
