نسل جدید ماده نیمه‌هادی شفاف می‌تواند الکترونیک را کارآمدتر و سریع‌تر کند
یک تیم از محققان دانشگاه مینه‌سوتا موفق به توسعه یک ماده نیمه‌هادی شفاف و کارآمد نسل جدید شده‌اند. این پیشرفت می‌تواند تأثیرات عظیمی در بهبود کارایی الکترونیک‌های پرقدرت، به ویژه آنهایی که به شفافیت نیاز دارند، مانند لیزرها، داشته باشد.
این ماده به طور کامل دست‌ساز است، اجازه می‌دهد الکترون‌ها سریع‌تر حرکت کنند در حالی که نسبت به نور مرئی و ماوراء بنفش شفاف باقی می‌ماند.
این ماده جدید در حال حاضر رکوردها را می‌شکند و به عنوان یک گام بزرگ در طراحی نیمه‌هادی‌ها تلقی می‌شود.
نیمه‌هادی‌ها در حال تبدیل شدن به یک صنعت رو به رشد با پتانسیل تریلیون دلاری هستند و با توسعه تکنولوژی دیجیتال در سراسر جهان اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. نیمه‌هادی‌ها اجزای ضروری تقریباً همه دستگاه‌های الکترونیکی، از تلفن‌های هوشمند تا تجهیزات پزشکی هستند.
یک حوزه مهم پیشرفت در این فناوری‌ها شامل تقویت مواد " شکاف نواری فوق‌العاده وسیع " می‌شود. این مواد می‌توانند برق را به طور کارآمد در شرایط شدید انتقال دهند.
یک پیشرفت بزرگ
نیمه‌هادی‌های شکاف نواری فوق‌العاده وسیع از عملکرد بالا در دماهای بالا پشتیبانی می‌کنند و آن‌ها را برای ایجاد دستگاه‌های الکترونیک بادوام و محکم ضروری می‌سازند.
در مقاله خود که در Science Advances منتشر شده است، محققان بر توسعه یک کلاس جدید از مواد با افزایش "شکاف نواری" تمرکز کرده‌اند که هم شفافیت و هم رسانایی را بهبود می‌بخشد.
این پیشرفت مهم از ایجاد دستگاه‌های سریع‌تر و کارآمدتر پشتیبانی کرده که بالقوه می‌تواند به نوآوری‌هایی در کامپیوترها، گوشی‌های هوشمند و حتی محاسبات کوانتومی منجر شود.
این ماده جدید یک اکسید رسانای شفاف با ساختار لایه‌ای خاص است که شفافیت را افزایش داده و در عین حال رسانایی را حفظ می‌کند. این امر مهم است زیرا بیشتر مواد که به خوبی برق را رسانا می‌کنند، مات هستند، در حالی که آنهایی که شفاف هستند به‌طور معمول برق را به خوبی هدایت نمی‌کنند.
دستیابی به هر دو خواص در یک ماده نادر است و می‌تواند به کاربردهای نوآورانه در دستگاه‌هایی که به وضوح نوری و عملکرد الکترونیکی نیاز دارند منجر شود. با توجه به تقاضای فناوری و برنامه‌های کاربردی هوش مصنوعی برای مواد فزاینده کارا، این توسعه پیشگامانه یک راه حل امیدوار کننده ارائه می‌دهد.
"این پیشرفت یک تغییر بازی برای مواد رسانای شفاف است که به ما اجازه می‌دهد تا بر محدودیت‌هایی که برای سال‌ها عملکرد دستگاه‌های فروسایلولای ماوراء فرجاز را نگه داشته است غلبه کنیم،" به گفته بهارات جالن، صندلی شل و استاد در گروه مهندسی شیمی و علم مواد دانشگاه مینه‌سوتا.
شفافیت نیمه‌هادی‌ها کلیدی است
او توضیح داد که تحقیق یک ترکیب بی سابقه‌ای از شفافیت و رسانایی در طیف ماوراء فرجاژ عمیق را نمایش می‌دهد. همچنین راه را برای نوآوری‌ها در دستگاه‌های اپتو الکترونیک پرقدرت که برای عملکرد در چالش‌برانگیزترین محیط‌ها طراحی شده‌اند، هموار می‌کند.
فنگ‌دنگ لیو و زفیه یانگ، نویسندگان اول این مطالعه و دانشجویان دکتری در مهندسی شیمی و علم مواد که در آزمایشگاه جالن کار می‌کردند، اعلام کردند که ویژگی‌های ماده را تا حدی که غیر قابل باور برای کاربردهای الکترونیک بود، نشان دادند. در این راستا، آن‌ها آزمایش‌های متعددی انجام دادند و به طور موفقی نقص‌ها را در ماده حذف کرده تا عملکرد آن را افزایش دهند.
"از طریق میکروسکوپی الکترونی دقیق، مشاهده کردیم که این ماده تمیز بود و بدون نقص‌های مشهود، نشان داد که فروسایلولای اکسیدی مبتنی بر چه قدرتی به عنوان نیمه‌هادی می‌تواند داشته باشد اگر نقص‌ها کنترل شوند" به گفته آندره مخویان، یکی از نویسندگان ارشد در مقاله.
این تحقیق نمایانگر یک پیشرفت مهم در توسعه مواد کارآمدتر برای کاربردهای الکترونیکی معاصر می‌باشد و فرصت‌های جدیدی برای فناوری‌های آینده که نیاز به هم شفافیت و هم رسانایی بالای برق دارند فراهم می‌کند.
می‌توانید این مطالعه را خودتان در مجله Science Advances مشاهده کنید.
