Półprzewodniki znów zaskakują! W łatwy sposób można zwiększyć ich sztywność

Wydawać by się mogło, że znane nauce od 100 lat półprzewodniki już niczym nie zaskoczą. Tymczasem fizycy odkryli nowe zjawisko, którego nigdy wcześniej w tego typu materiałach nie widzieli.
Sztywnością półprzewodników można sterować przy pomocy światła /Fot. MIT
Sztywnością półprzewodników można sterować przy pomocy światła /Fot. MIT

Naukowcy MIT odkryli, że półprzewodniki nie tylko stają się znacznie sztywniejsze w odpowiedzi na światło (nawet o 40%), ale efekt ten jest odwracalny po wyłączeniu światła. Proces ten można modulować, np. używając różnych kolorów światła lub rodzajów materiałów. Szczegóły opisano w czasopiśmie Physical Review Letters.

Jesteśmy podekscytowani tymi wynikami, ponieważ odkryliśmy nowy kierunek naukowy w skądinąd bardzo dobrze zbadanej dziedzinie. Ponadto odkryliśmy, że zjawisko to może występować w wielu innych związkach.Prof. Rafael Jaramillo z MIT

Półprzewodniki sterowane światłem

W 2018 r. prof. Jaramillo zaintrygowała praca opublikowana w Science, która wykazała, że półprzewodnik wykonany z siarczku cynku staje się bardziej kruchy pod wpływem światła. Fizycy postanowili dowiedzieć się, dlaczego tak się dzieje. Ich eksperymenty wykazały, że półprzewodniki zmieniają swoją elastyczność pod wpływem światła.

Pomyśl o odbijającej się piłce. Powodem, dla którego się odbija jest to, że jest elastyczna. Kiedy rzucasz ją na ziemię, odkształca się, ale potem natychmiast sprężynuje – dlatego właśnie się odbija. Odkryliśmy, co było naprawdę dość zaskakujące, że właściwości elastyczne półprzewodników mogą ulegać ogromnym zmianom pod wpływem światła, a zmiany te są odwracalne po jego wyłączeniu.Prof. Rafael Jaramillo

Teraz już wiadomo, co wpływa na takie zjawisko. Fizycy zmierzyli sztywność siarczku cynku i dwóch innych półprzewodników w różnych warunkach, np. pod wpływem innego natężenia światła. Przeprowadzili także symulacje komputerowe, wskazujące, co dzieje się w półprzewodnikach w skali atomowej. Znaczącą rolę w odpowiedzi na światło odgrywają defekty, czyli brakujące atomy.

Czytaj też: Ogromna inwestycja w półprzewodniki w planach Chin. To kolejna taka zapowiedź

Te puste miejsca powodują, że siatka krystaliczna materiału mięknie, ponieważ niektóre atomy znajdują się dalej od siebie. Pomyśl o ludziach w wagonie metra. Łatwiej jest wcisnąć więcej osób, jeśli między nimi są większe przestrzenie. Pod wpływem oświetlenia obecne atomy są pobudzone i stają się bardziej odpychające. To tak, jakby ci ludzie w wagonie metra nagle zaczęli tańczyć i rzucać się sobie w ramiona. Rezultat: atomy silniej opierają się upakowaniu bliżej siebie i materiał staje się bardziej sztywny mechanicznie.Prof. Rafael Jaramillo

Sztywnością półprzewodników można manipulować, zmieniając natężenie i kolor światła, a także wprowadzając dodatkowe defekty do materiałów. To może doprowadzić do kolejnych ważnych odkryć nie tylko w materiałoznawstwie, ale i elektronice.