Los ingenieros que trabajan en la nanoescala tendrán una nueva herramienta a su disposición gracias a un grupo internacional de investigadores liderado por la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Drexel. Este procedimiento innovador podría aliviar el desafío persistente de medir las características clave del comportamiento de los electrones mientras se diseñan los componentes cada vez más reducidos que permiten a los teléfonos celulares, portátiles y tabletas para que sean cada vez más delgados y más eficientes energéticamente.

"La interfaz entre dos materiales semiconductores habilita la mayoría de los dispositivos electrónicos que usamos a diario, desde ordenadores hasta teléfonos móviles, pantallas y células solares, "dijo Guannan Chen, estudiante de posgrado en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales de Drexel y autor principal del informe del grupo, que fue publicado recientemente en Nano letras . "Una de las características más importantes de la interfaz es la altura del paso de energía requerido para que el electrón suba, conocido como desplazamiento de banda. Los métodos actuales para medir la altura de este escalón en dispositivos planos no son prácticos para dispositivos a nanoescala, sin embargo, así que nos pusimos en marcha para encontrar una mejor manera de realizar esta medición ".

Medir el desplazamiento de banda que enfrentan los electrones que saltan de un material a otro es un componente clave del proceso de diseño porque guía el rediseño y la creación de prototipos de componentes a nanoescala para hacerlos lo más eficientes y efectivos posible.

Usando corriente inducida por láser en un dispositivo de nanocables y su dependencia de la longitud de onda del láser, el equipo ideó un nuevo método para derivar el desplazamiento de la banda. Como cambian continuamente la longitud de onda del láser, miden las respuestas de fotocorriente. A partir de estos datos, pueden determinar el desplazamiento de banda.

"Usando la interfaz dentro de un nanoalambre semiconductor coaxial de núcleo-capa como un sistema modelo, realizamos mediciones directas del desplazamiento de banda por primera vez en la electrónica de nanocables, ", Dijo Chen." Esta es una piedra angular importante para diseñar libremente nuevos dispositivos de nanocables como células solares, LEDs, y electrónica de alta velocidad para comunicaciones inalámbricas. Este trabajo también puede extenderse a sistemas de materiales más amplios que se pueden adaptar para aplicaciones específicas ".

El estudio, que fue financiado principalmente por la National Science Foundation, también incluyó investigadores de la Universidad de Lehigh, Consejo Nacional de Investigación - Instituto de Microelectrónica y Microsistemas (IMM-CNR) y la Universidad de Salento en Italia, Weizmann Institute of Science y Negev Nuclear Research Center en Israel y la Universidad de Alabama. Cada grupo agregó un componente clave al proyecto.

"El trabajo en equipo y las colaboraciones estrechas son fundamentales en este trabajo, "dijo Guan Sun, el investigador principal de Lehigh. "El canal fluido para compartir ideas y recursos experimentales es valioso dentro del equipo porque la calidad y variedad del sistema de materiales es vital para lograr resultados precisos".

Mientras que los miembros de Drexel diseñaron los experimentos, procesado los materiales, hizo el dispositivo de nanocables y realizó experimentos espectroscópicos, Sun y Yujie Ding, de Lehigh, apoyó la investigación con experimentos ópticos complementarios.

Los colaboradores del IMM-CNR, Paola Prete, y la Universidad de Salento, Ilio Miccoli y Nico Lovergine unieron fuerzas con Hadas Shtrikman, del Instituto de Ciencias Weizmann para producir el nanoalambre de alta calidad utilizado en las pruebas. Patrick Kung, de la Universidad de Alabama, analizó la composición del nanoalambre a nivel atómico, y Tsachi Livneh, del Centro de Investigaciones Nucleares de Negev, contribuido a los análisis.

"Este enfoque sorprendentemente simple para obtener una característica clave en nanocables individuales es un avance emocionante, "dijo el Dr. Jonathan Spanier, un profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel que es el investigador principal del proyecto. "Anticipamos que será un método valioso a medida que desarrollamos dispositivos electrónicos a nanoescala que tienen funcionalidades completamente nuevas e importantes".

Con una mejor comprensión del comportamiento del material y de los electrones, el equipo continuará buscando nuevos dispositivos optoelectrónicos a nanoescala, como transistores de nuevo concepto, dispositivos de transferencia de electrones y dispositivos fotovoltaicos.