Ett forskargrupp, ledt av University of Minnesota, har upptäckt ett nytt nanoskala tunnfilmsmaterial med högsta ledningsförmåga i sin klass. Det nya materialet kan leda till mindre, snabbare och kraftfullare elektronik samt effektivare solceller.
Upptäckten publiceras i Nature Communications, en öppen journal som publicerar högkvalitativ forskning från alla områden inom naturvetenskap.
Forskare säger att det som gör det här nya materialet så unikt är att det har en hög ledningsförmåga, vilket hjälper elektroniken att leda till mer el och bli kraftfullare. Men materialet har också ett brett bandgap, vilket innebär att ljus lätt kan passera genom materialet vilket gör det optiskt transparent. I de flesta fall har material med brett bandgap vanligtvis antingen låg ledningsförmåga eller dålig genomskinlighet.
"Den höga ledningsförmågan och det breda bandgapet gör detta till ett idealiskt material för att göra optiskt transparenta ledande filmer som kan användas i ett brett utbud av elektroniska enheter, däribland hög effektelektronik, elektroniska displayer, pekskärmar och till och med solceller där ljus måste passera Enheten ", säger Bharat Jalan, en högskola i Minnesota kemteknik och materialvetenskapsprofessor och ledande forskare på studien.
För närvarande använder de flesta av de transparenta ledarna i vår elektronik ett kemiskt element som kallas indium. Priset på indium har stigit enormt under de senaste åren, vilket väsentligt bidrar till kostnaden för nuvarande displayteknik. Som ett resultat har det varit en stor ansträngning att hitta alternativa material som också fungerar, eller ännu bättre än indiumbaserade transparenta ledare.
I den här studien hittade forskare en lösning. De utvecklade en ny transparent tunnfilm med en ny syntesmetod, där de växte en tunn film av BaSnO3 (en kombination av barium, tenn och syre, kallad bariumstannat), men ersatte elementärt tennkälla med en kemisk föregångare av tenn. Den kemiska prekursorn av tenn har unika, radikala egenskaper som förbättrade kemisk reaktivitet och förbättrade väsentligen metalloxidbildningsförfarandet. Både barium och tenn är betydligt billigare än indium och finns rikligt tillgängliga.
"Vi blev ganska förvånade över hur väl detta okonventionella tillvägagångssätt arbetade första gången vi använde den tennkemiska prekursorn", säger University of Minnesota Kemiteknik och materialvetenskaplig doktorand Abhinav Prakash, den första författaren av papperet. "Det var en stor risk, men det var ett ganska stort genombrott för oss."
Jalan och Prakash sade att den här nya processen gjorde det möjligt för dem att skapa detta material med oöverträffad kontroll över tjocklek, komposition och defektkoncentration och att denna process bör vara mycket lämplig för ett antal andra materialsystem där elementet är svårt att oxidera. Den nya processen är också reproducerbar och skalbar.
De tillade vidare att det var den strukturellt överlägsen kvalitet med förbättrad defekskoncentration som gjorde det möjligt för dem att upptäcka hög konduktivitet i materialet. De sa att nästa steg är att fortsätta att minska defekterna i atomskalan.
"Även om det här materialet har den högsta konduktiviteten inom samma materialklass, finns det mycket utrymme för förbättring förutom den enastående potentialen att upptäcka ny fysik om vi minskar bristerna. Det är vårt nästa mål, säger Jalan.
