Et team af forskere, ledet af University of Minnesota, har opdaget et nyt nanoskala tyndfilmmateriale med den højeste konduktivitet i sin klasse. Det nye materiale kan føre til mindre, hurtigere og kraftigere elektronik samt mere effektive solceller.
Opdagelsen offentliggøres i Nature Communications, en åben adgangstidbog, der udgiver højkvalitetsforskning fra alle områder inden for naturvidenskab.
Forskere siger, at hvad der gør dette nye materiale så unikt, er, at det har en høj ledningsevne, som hjælper elektronikken med at føre mere strøm og blive mere kraftfuld. Men materialet har også et bredt bandgap, hvilket betyder, at lys let kan passere gennem materialet, der gør det optisk transparent. I de fleste tilfælde har materialer med bredt bandgap normalt enten lav ledningsevne eller ringe gennemsigtighed.
"Den høje ledningsevne og det store bandgap gør dette til et ideelt materiale til optisk transparente ledende film, som kan bruges i en lang række elektroniske enheder, herunder høj effektelektronik, elektroniske skærme, berøringsskærme og endda solceller, hvor lyset skal passere gennem Enheden ", siger Bharat Jalan, en universitets of Minnesota kemiteknik og materialevidenskabsprofessor og ledende forsker på undersøgelsen.
I øjeblikket bruger de fleste transparente ledere i vores elektronik et kemisk element kaldet indium. Prisen på indium er gået enormt i de seneste år betydeligt ved at øge prisen på den nuværende displayteknologi. Som et resultat har der været en stor indsats for at finde alternative materialer, der fungerer såvel som endnu bedre end indiumbaserede transparente ledere.
I denne undersøgelse fandt forskerne en løsning. De udviklede en ny gennemsigtig ledende tynd film ved hjælp af en ny syntesemetode, hvor de voksede en BaSnO3 tynd film (en kombination af barium, tin og ilt, kaldet bariumstannat), men erstattede den naturlige tin kilde med en kemisk forstadie af tin. Den kemiske precursor af tin har unikke, radikale egenskaber, der forbedrer den kemiske reaktivitet og forbedrer metalloxiddannelsesprocessen betydeligt. Både barium og tin er væsentligt billigere end indium og er rigeligt tilgængelige.
"Vi var meget overraskede over, hvor godt denne ukonventionelle tilgang arbejdede allerførste gang, vi brugte den tin-kemiske forløber," sagde University of Minnesota, kemisk ingeniør og materialevidenskabseksamen, Abhinav Prakash, den første forfatter af papiret. "Det var en stor risiko, men det var et stort gennembrud for os."
Jalan og Prakash sagde, at denne nye proces tillod dem at skabe dette materiale med hidtil uset kontrol over tykkelse, sammensætning og defektkoncentration, og at denne proces skal være yderst velegnet til en række andre materielle systemer, hvor elementet er svært at oxidere. Den nye proces er også reproducerbar og skalerbar.
De tilføjede endvidere, at det var den strukturelt overlegne kvalitet med forbedret defektkoncentration, der tillod dem at opdage høj ledningsevne i materialet. De sagde, at det næste skridt er at fortsætte med at reducere manglerne i atomskalaen.
"Selv om dette materiale har den højeste ledningsevne inden for samme materialeklasse, er der også meget plads til forbedring for det fremragende potentiale til at opdage ny fysik, hvis vi mindsker manglerne. Det er vores næste mål," sagde Jalan.
