تاثیر قطر نانوسیم‌های سیلیکونی روی خواص الکتریکی آنها!

[∆ MeRzaD ∆]

پژوهشگران سنگاپوری به بررسی رابطه میان قطر و باندگپ نانوسیم‌های سیلیکونی پرداختند. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که اگر قطر نانوسیم‌ها به زیر 4 نانومتر برسد باندگپ نانوسیم‌های سیلیکونی غیرمستقیم خواهد شد. اما نانوسیم‌های دارای قطر کمتر از 4 نانومتر باند گپ مستقیم دارند.

نانوسیم‌های سیلیکونی گزینه‌های مناسبی برای استفاده در نسل جدید حسگرها، الکترودهای باتری و پیل‌های خورشیدی هستند. محاسباتی که تاکنون انجام شده نشان می‌دهد که نانوسیم‌ها ابزارهای مناسبی برای توسعه این فناوری‌ها هستند. بیشتر پژوهش‌ها و محاسباتی که تا کنون انجام شده مربوط به نانوسیم‌هایی با قطر کمتر از 4 نانومتر هستند، با این حال بیشتر ادوات مبتنی بر نانوسیم از این مقدار بزرگ‌تر هستند.


من فای و همکارانش از موسسه آاستار در سنگاپور به مطالعه خواص نانوسیم‌های سیلیکونی با قطر تا هفت و سه‌دهم نانومتر پرداختند برای این کار آنها از شبیه سازی کامپیوتری استفاده کردند. برای این کار محققان طیف وسیعی از نانوسیم‌ها را تست کردند آنها از نانوسیم با قطر یک نانومتر آغاز کرده و در نهایت سیم‌هایی را بررسی کردند که در حد مواد توده‌ای بود. آنها روی باند گپ نانوسیم‌ها مطالعه کردند، باند گپ یکی از ویژگی‌ها مواد است که در تعیین خواص الکتریکی و نوری اثر زیادی دارد. نتایج کار آنها نشان داد که با افزایش قطر نانوسیم‌ها، باندگپ آنها نیز افزایش می‌یابد.

نگ و همکارانش به بررسی تاثیر افزایش قطر نانوسیم‌های سیلیکونی روی باندگپ مستقیم و غیر مستقیم نانوسیم‌ها پرداختند. سیلیکون توده‌ای دارای باند گپ غیرمستقیم است، به این معنا که برانگیختگی حاملین بار باید همراه با تغییر خود‌به ‌خودی ممنتوم باشد. به‌دلیل همین موضوع، سیلیکون جذب کننده و نشر کننده بسیار ضعیفی است. نیمه‌هادی‌ها با باندگپ مستقیم  فعال نوری هستند. نتایج تحقیقات این گروه نشان داد که اگر قطر نانوسیم‌ها به زیر 4 نانومتر برسد آنگاه باندگپ نانوسیم‌ها غیرمستقیم خواهد شد. اما نانوسیم‌های دارای قطر کمتر از 4 نانومتر، باند گپ مستقیم دارند.

در گامی دیگر، محققان به بررسی چگونگی تاثیر قطر نانوسیم‌ها روی محل اتم‌های تقویت کننده در نانوسیم پرداختند. اتم‌های خارجی نظیر بور می‌توانند دانسیته بارها را افزایش دهند، همچنین محل دقیق آنها می‌تواند روی رفتار نانوسیم‌ها تاثیر شگرفی داشته باشد. ناگ می‌افزاید ما نشان دادیم که اتم‌های تقویت کننده بور به احتمال زیاد هم در هسته و هم روی سطح نانوسیم‌های بزرگ قرار می‌گیرند اما در نانوسیم‌ها باریک بیشتر روی سطح نانوسیم قرار می‌گیرد.

این تیم تحقیقاتی به بررسی رابطه میان باندگپ و قطر نانوسیم پرداختند که این موضوع می‌تواند در توسعه ادوات سیلیکونی نانومقیاس مهم باشد. نتایج این تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان  First-principles study of Silicon nanowire approaching the bulk limit. در نشریهNano Letters به چاپ رسیده است.


منبع: ستاد توسعه فناوری نانو.