Arseniuro di gallio, GaAs, un semiconduttore composto da gallio e arsenico è ben noto per avere proprietà fisiche che promettono applicazioni pratiche. Sotto forma di nanofili e nanoparticelle, ha un potenziale particolare per l'uso nella produzione di celle solari e optoelettronica in molte delle stesse applicazioni in cui il silicio è comunemente usato.

Ma la naturale capacità di semiconduttore del GaAs richiede alcune regolazioni per renderlo più desiderabile per l'uso nella produzione di questi tipi di prodotti. Il nuovo lavoro di un team guidato da Alexander Goncharov di Carnegie esplora un nuovo approccio a tale messa a punto. Il loro lavoro è pubblicato in Rapporti scientifici . Il team di ricerca comprende Wei Zhou, Xiao Jia Chen, Xin-Hua Li e Yu-Qi Wang dell'Accademia cinese delle scienze e Jian-Bo Zhang della South China University of Technology.

Le sostanze metalliche conducono facilmente la corrente elettrica, mentre i materiali isolanti (non metallici) non conducono affatto corrente. I materiali semiconduttori mostrano una conduttività elettrica di fascia media. Quando i materiali semiconduttori sono soggetti a un input di una specifica energia, gli elettroni legati possono essere spostati a energia più alta, stati di conduzione. L'energia specifica richiesta per fare questo salto allo stato di conduzione è definita come "band gap". La messa a punto di questo gap di banda ha il potenziale per migliorare il potenziale commerciale dell'arseniuro di gallio.

Sono disponibili diversi metodi per progettare lievi modifiche al "gap di banda". Il team di Goncharov si è concentrato sulla nuova applicazione della pressione molto alta, che possono far sì che un composto subisca cambiamenti elettronici che possono alterare le proprietà di trasportatori di elettroni dei materiali. Era già stato dimostrato su nanofili costituiti da una forma cristallina di arseniuro di gallio, la cosiddetta struttura cubica di "zincblenda", che il "gap di banda" si allarga sotto pressione.

La presente ricerca si è concentrata invece su nanofili di una forma cristallina meno comune, la cosiddetta struttura esagonale "wurtzite". Il team ha sottoposto arseniuro di gallio "wurtzite" fino a circa 227, 000 volte la pressione atmosferica normale (23 gigapascal) in celle di incudine diamantate. Hanno scoperto il "band gap" che gli elettroni devono attraversare per allargarsi, anche se non tanto quanto nel caso dei nanofili di cristallo di "zincblenda".

In modo significativo, scoprirono che intorno al 207, 000 volte la pressione atmosferica normale (21 gigapascal), i nanofili di arseniuro di gallio "wurtzite" hanno subito un cambiamento strutturale che ha indotto una nuova fase, quella cosiddetta "ortorombica", che potrebbe avere proprietà elettroniche metalliche.

"La somiglianza nel comportamento quando sottoposto ad alta pressione, ma con conseguenti differenze significative nella dimensione del 'band gap', tra le due strutture cristalline dell'arseniuro di gallio suggerisce che entrambi i tipi di strutture di GaAs potrebbero teoricamente essere incorporati in un unico dispositivo, o anche un singolo nanofilo, e realizzare funzioni elettroniche molto più complesse e utili attraverso interazioni tra le fasi, " Goncharov ha detto. "Riteniamo che questi risultati stimoleranno ulteriori ricerche sull'arseniuro di gallio per scopi sia scientifici che pratici di base".