Los investigadores de la Universidad de Tohoku han mejorado un método para sondear cristales semiconductores con luz para detectar defectos e impurezas. Los detalles de su configuración de espectroscopía de fotoluminiscencia omnidireccional (ODPL) se publicaron en la revista Física Aplicada Express , y podría ayudar a mejorar la fabricación de materiales para coches eléctricos y células solares.

"Nuestra técnica puede probar materiales a temperaturas muy bajas y puede encontrar incluso pequeñas cantidades de defectos e impurezas, "dice el científico de materiales de la Universidad de Tohoku, Kazunobu Kojima.

Kojima y sus colegas demostraron su enfoque utilizando cristales de nitruro de galio. El nitruro de galio es un cristal semiconductor que se ha utilizado en diodos emisores de luz (LED) que ahorran energía desde la década de 2000. Tiene interesantes propiedades ópticas y electrónicas, haciéndolo atractivo para muchas aplicaciones, incluidos los dispositivos de conmutación de energía en vehículos eléctricos. Pero puede desarrollar defectos e impurezas durante su fabricación, que puede afectar el rendimiento. Los métodos actualmente disponibles para probar estos cristales son costosos o demasiado invasivos.

La espectroscopia ODPL, por otra parte, es una técnica no invasiva que puede probar los cristales, pero solo a temperatura ambiente. Poder cambiar la temperatura del cristal es importante para probar adecuadamente sus propiedades.

Kojima y sus colegas encontraron una forma de configurar un instrumento ODPL para que el cristal se pueda enfriar. El proceso implica colocar un cristal de nitruro de galio en una placa de aluminio conectada a un dispositivo de enfriamiento. Esto se coloca bajo una "esfera integradora, "que recoge la luz procedente de muchas direcciones. La luz exterior se ilumina a través de la esfera sobre el cristal, excitándolo. El cristal emite luz de vuelta a la esfera para volver a su estado inicial no excitado. Las dos luces de la fuente externa y el cristal, están integrados dentro de la esfera y medidos por un detector. El resultado revela la "eficiencia cuántica interna del cristal, "que se reduce si contiene defectos e impurezas, y se puede medir incluso a temperaturas muy bajas.

La modificación del equipo, colocar el cristal fuera de la esfera y conectarlo a algo que lo enfría, significa que el cambio de temperatura ocurre de manera crucial solo dentro del cristal y no dentro de la esfera. Los científicos pudieron medir la eficiencia cuántica interna de muestras de nitruro de galio utilizando esta técnica a temperaturas que van desde -261 ° C hasta aproximadamente 27 ° C.

"A continuación, planeamos utilizar nuestro método para probar otros materiales, como las perovskitas para su uso en células solares de alta eficiencia y el nitruro de boro como material bidimensional atómicamente delgado, "dice Kojima.