Gli ingegneri che lavorano su nanoscala avranno a disposizione un nuovo strumento grazie a un gruppo internazionale di ricercatori guidati dal College of Engineering della Drexel University. Questa procedura innovativa potrebbe alleviare la persistente sfida di misurare le caratteristiche chiave del comportamento degli elettroni durante la progettazione dei componenti sempre più restringenti che consentono ai telefoni cellulari, laptop e tablet per diventare sempre più sottili ed efficienti dal punto di vista energetico.

"L'interfaccia tra due materiali semiconduttori consente la maggior parte dei gadget elettronici che usiamo ogni giorno, dai computer ai telefoni cellulari, display e celle solari, " disse Guannan Chen, uno studente laureato nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali di Drexel e l'autore principale del rapporto del gruppo, che è stato recentemente pubblicato in Nano lettere . "Una delle caratteristiche più importanti dell'interfaccia è l'altezza del gradino energetico richiesto dall'elettrone per scavalcare, noto come offset di banda. I metodi attuali per misurare questa altezza del gradino nei dispositivi planari non sono pratici per i dispositivi su scala nanometrica, però, quindi siamo partiti per trovare un modo migliore per effettuare questa misurazione."

La misurazione dell'offset di banda affrontato dagli elettroni che saltano da un materiale all'altro è una componente chiave del processo di progettazione perché guida la riprogettazione e la prototipazione dei componenti su scala nanometrica al fine di renderli il più efficienti ed efficaci possibile.

Utilizzando la corrente indotta dal laser in un dispositivo a nanofili e la sua dipendenza dalla lunghezza d'onda del laser, il team ha ideato un nuovo metodo per derivare l'offset di banda. Poiché cambiano continuamente la lunghezza d'onda del laser, misurano le risposte della fotocorrente. Da questi dati sono in grado di determinare l'offset di banda.

"Utilizzando l'interfaccia all'interno di un nanofilo semiconduttore core-shell coassiale come sistema modello, abbiamo effettuato per la prima volta misurazioni dirette dell'offset di banda nell'elettronica a nanofili, " Ha detto Chen. "Questa è una pietra miliare significativa per progettare liberamente nuovi dispositivi a nanocavi come celle solari, LED, e l'elettronica ad alta velocità per le comunicazioni wireless. Questo lavoro può estendersi anche a sistemi di materiali più ampi che possono essere personalizzati per applicazioni specifiche".

Lo studio, finanziato principalmente dalla National Science Foundation, comprendeva anche ricercatori della Lehigh University, Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto di Microelettronica e Microsistemi (IMM-CNR) e Università del Salento in Italia, Weizmann Institute of Science e Negev Nuclear Research Center in Israele e l'Università dell'Alabama. Ogni gruppo ha aggiunto un componente chiave al progetto.

"Il lavoro di squadra e le strette collaborazioni sono essenziali in questo lavoro, " disse Guan Sun, il ricercatore capo di Lehigh. "Il canale fluido di condivisione di idee e risorse sperimentali è prezioso all'interno del team perché la qualità e la varietà del sistema materiale è vitale per ottenere risultati accurati".

Mentre i membri di Drexel progettavano gli esperimenti, lavorato i materiali, realizzato il dispositivo a nanofili e condotto esperimenti spettroscopici, Sole e Yujie Ding, da Lehigh, supportato la ricerca con esperimenti ottici complementari.

I collaboratori dell'IMM-CNR, Paola Prete, e l'Università del Salento, Ilio Miccoli e Nico Lovergine hanno unito le forze con Hadas Shtrikman, dal Weizmann Institute of Science per produrre il nanofilo di alta qualità utilizzato nei test. Patrick Kung, dell'Università dell'Alabama, analizzato la composizione del nanofilo a livello atomico, e Tsachi Livneh, del Centro di ricerca nucleare del Negev, contribuito alle analisi.

"Questo approccio straordinariamente semplice per ottenere una caratteristica chiave nei singoli nanofili è un progresso entusiasmante, " ha detto il dottor Jonathan Spanier, un professore del College of Engineering di Drexel che è il capo investigatore del progetto. "Prevediamo che sarà un metodo prezioso mentre sviluppiamo dispositivi elettronici su nanoscala con funzionalità completamente nuove e importanti".

Con una migliore comprensione del comportamento del materiale e degli elettroni, il team continuerà a perseguire nuovi dispositivi optoelettronici su nanoscala come transistor di nuova concezione, dispositivi di trasferimento di elettroni e dispositivi fotovoltaici.