l'arséniure de gallium, GaAs, un semi-conducteur composé de gallium et d'arsenic est bien connu pour avoir des propriétés physiques qui promettent des applications pratiques. Sous forme de nanofils et de nanoparticules, il a un potentiel particulier pour une utilisation dans la fabrication de cellules solaires et d'optoélectroniques dans bon nombre des mêmes applications que le silicium est couramment utilisé.

Mais la capacité naturelle de semi-conducteur du GaAs nécessite un certain réglage afin de le rendre plus souhaitable pour une utilisation dans la fabrication de ces types de produits. Un nouveau travail d'une équipe dirigée par Alexander Goncharov de Carnegie explore une nouvelle approche d'un tel réglage. Leurs travaux sont publiés dans Rapports scientifiques . L'équipe de recherche comprend Wei Zhou, Xiao Jia Chen, Xin-Hua Li et Yu-Qi Wang de l'Académie chinoise des sciences et Jian-Bo Zhang de l'Université de technologie de Chine du Sud.

Les substances métalliques conduisent facilement le courant électrique, alors que les matériaux isolants (non métalliques) ne conduisent aucun courant. Les matériaux semi-conducteurs présentent une conductivité électrique moyenne. Lorsque les matériaux semi-conducteurs sont soumis à un apport d'énergie spécifique, les électrons liés peuvent être déplacés vers une énergie plus élevée, états conducteurs. L'énergie spécifique requise pour effectuer ce saut à l'état conducteur est définie comme la "bande interdite". Le réglage fin de cette bande interdite a le potentiel d'améliorer le potentiel commercial de l'arséniure de gallium.

Il existe différentes méthodes pour apporter de légères modifications à la "bande interdite". L'équipe de Goncharov s'est concentrée sur la nouvelle application de très haute pression, ce qui peut amener un composé à subir des changements électroniques qui peuvent altérer les propriétés de porteurs d'électrons des matériaux. Il avait déjà été démontré sur des nanofils constitués d'une forme cristalline d'arséniure de gallium - la structure cubique dite "zincblende" - que la "bande interdite" s'élargit sous pression.

La présente recherche s'est plutôt concentrée sur les nanofils d'une forme cristalline moins courante, la structure hexagonale dite "wurtzite". L'équipe a soumis de l'arséniure de gallium "wurtzite" jusqu'à environ 227, 000 fois la pression atmosphérique normale (23 gigapascals) dans des cellules à enclume de diamant. Ils ont découvert la "bande interdite" que les électrons doivent franchir pour s'élargir également, mais pas autant que dans le cas des nanofils cristallins "zincblende".

Significativement, ils ont découvert que vers 207, 000 fois la pression atmosphérique normale (21 gigapascals), les nanofils d'arséniure de gallium "wurtzite" ont subi un changement structurel qui a induit une nouvelle phase, celle dite "orthorhombique", qui peuvent éventuellement avoir des propriétés électroniques métalliques.

"La similitude de comportement lorsqu'il est soumis à une pression élevée, mais entraînant des différences significatives dans la taille de la "bande interdite", entre les deux structures cristallines de l'arséniure de gallium suggère que les deux types de structures GaAs pourraient théoriquement être incorporés dans un seul dispositif, voire un seul nanofil, et réaliser des fonctions électroniques beaucoup plus complexes et utiles grâce à des interactions à travers les phases, " a déclaré Gontcharov. " Nous pensons que ces découvertes stimuleront la poursuite des recherches sur l'arséniure de gallium à des fins scientifiques et pratiques de base. "