Une équipe de recherche a rapporté avoir vu, pour la première fois, défauts à l'échelle atomique qui dictent les propriétés d'un nouveau et puissant semi-conducteur.

L'étude, publié plus tôt ce mois-ci dans la revue Examen physique X , montre un aspect fondamental de la façon dont le semi-conducteur, oxyde de gallium bêta, contrôle l'électricité.

"Notre travail est d'essayer d'identifier pourquoi ce matériau, appelé oxyde de gallium bêta, agit comme il agit au niveau fondamental, " a déclaré Jared Johnson, auteur principal de l'étude et associé de recherche diplômé au Ohio State University Center for Electron Microscopy and Analysis. "Il est important de savoir pourquoi ce matériau a les propriétés qu'il possède, et comment il agit comme un semi-conducteur, et nous voulions l'examiner au niveau atomique, pour voir ce que nous pouvions apprendre."

Les scientifiques connaissent l'oxyde de gallium bêta depuis environ 50 ans, mais ce n'est qu'au cours des dernières années qu'il est devenu une option intéressante pour les ingénieurs qui cherchent à construire plus fiable, technologies de haute puissance plus efficaces. Le matériau est particulièrement bien adapté aux appareils utilisés dans des conditions extrêmes, comme dans l'industrie de la défense. L'équipe a étudié l'oxyde de gallium bêta pour son potentiel à fournir de l'énergie à haute densité.

Pour cette étude, l'équipe CEMAS, supervisé par Jinwoo Hwang, professeur assistant en science et ingénierie des matériaux, examiné l'oxyde de gallium bêta sous un microscope électronique puissant, pour voir comment les atomes du matériau interagissaient. Ce qu'ils ont vu a confirmé une théorie émise pour la première fois il y a une dizaine d'années par les théoriciens :l'oxyde de gallium bêta a une forme d'imperfection dans sa structure, quelque chose que l'équipe appelle "défauts ponctuels, " qui ne ressemblent à aucun défaut observé auparavant dans d'autres matériaux.

Ces défauts sont importants :par exemple, ils pourraient être des endroits où l'électricité pourrait être perdue lors du transit entre les électrons. Avec une bonne manipulation, les défauts peuvent également offrir des opportunités de contrôle sans précédent des propriétés du matériau. Mais comprendre les défauts doit venir avant d'apprendre à les contrôler.

« Il est très significatif que nous puissions en fait observer directement ces défauts ponctuels, ces anomalies au sein du réseau cristallin, " dit Johnson. " Et ces défauts ponctuels, ces excentriques au sein de la structure en treillis, diminuer la stabilité énergétique de la structure."

Une stabilité énergétique inférieure signifie que le matériau peut présenter des défauts qui doivent être corrigés afin de conduire efficacement l'électricité, Johnson a dit, mais ils ne signifient pas que l'oxyde de gallium bêta ne serait pas nécessairement un bon semi-conducteur. Les défauts peuvent en effet se comporter favorablement pour conduire l'électricité, si les scientifiques peuvent les contrôler.

"Ce matériau a de très bonnes propriétés pour ces technologies de haute puissance, " a-t-il dit. " Mais il est important que nous voyions cela au niveau fondamental - nous comprenons presque la science derrière ce matériau et comment il fonctionne, car ce défaut, ces anomalies, pourrait affecter la façon dont il fonctionne comme un semi-conducteur."