Ragyogó nanoszálak

Az MTA Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet kutatója, Volk János által korábban kidolgozott szelektív nedves kémiai módszerrel növesztett cink-oxid [1] Highly Uniform Epitaxial ZnO Nanorod Arrays for Nanopiezotronics, Nanosc. Res. Lett., 4, 699 (2009).nanoszál ideális modellanyag a töltéshordozó-koncentráció térbeli eloszlásának kimutatására. Ehhez japán partnerekkel – Watanabe Kentaróval és kollégáival – együttműködve fókuszált galliumionokkal (focussed ion beam, FIB) hosszanti és arra merőleges keresztmetszeteket készítettek, melyeken katódlumineszcencia-vizsgálatokat végeztek pásztázó elektronmikroszkópban.

A tilossáv-energiához (3,37 eV) közeli tartományban végzett emissziós (near band edge emission, NBE) térkép felvétele egyértelmű különbséget mutatott ki a kristály középső magja (+c-szektor) és külső köpenye (m-szektor) között, annak ellenére, hogy kristálytani szempontból a nanoszál homogén egykristálynak tekinthető. Az emissziós csúcs vöröseltolódásából következtetni lehet a szabad töltéshordozók koncentrációjára: eszerint a mag- és héjzóna között a szabad töltéshordozók koncentrációja több mint egy nagyságrenddel eltér (2,8∙10¹⁷ cm^-3 és 8,2∙10¹⁸ cm^-3).

E munka részletei elolvashatók a [2] Growth sectors of a micro-sampled semiconductor nanorod visualized by SEM-cathodoluminescence nanospectroscopy of its arbitrary cross-sections, Nat. Com. 7, 10609 (2016).Nature Communications folyóirat februári számának cikkében, melynek szerzői között Volk János is szerepel.

Forrás: MTA EK MFA/Volk János

Egy másik közös munkában szintén a katódlumineszcencia(CL)-spektroszkópia felhasználásával sikerült számszerűleg meghatározni a tilos sáv szélességének függését az anyag lokális deformációjától (a_zz, deformációs potenciál). Ehhez a nanoszálakat egy mikromanipulátortűvel hajlították, miközben számos CL-spektrumot rögzítettek a nanoszál összenyomott belső, illetve meghúzott külső felében, valamint a kettőt elválasztó semleges síkban.

Az elért új kísérleti eredmények a közelmúltban jelentek meg az Amerikai Kémiai Társaság egyik rangos folyóiratában, az [3] Band-Gap Deformation Potential and Elasticity Limit of Semiconductor Free-Standing Nanorods Characterized in Situ by Scanning Electron Microscope–Cathodoluminescence Nanospectroscopy, ACS Nano 9, 2989 (2015).ACS Nano-ban. A fent bemutatott módszerek használata természetesen nem korlátozódik cink-oxid nanoszálakra, más félvezető kristályokra hasonló módon alkalmazható.

Forrás: MTA EK MFA/Volk János

Volk János vezetésével az MTA EK MFA Mikrotechnológia Osztályán jelenleg olyan ultranagy felbontású (5000 dpi) piezoelektromos nanoszál alapú tapintásérzékelő mátrixok fejlesztésén dolgoznak, melyek egész szilíciumszeleten CMOS-kompatibilis technológiával kialakíthatók. A munka szorosan kapcsolódik egy EU-s konzorciális projekthez (High-Resolution Fingerprint Sensing with Vertical Piezoelectric Nanowire MATrices). A kutatók azt jósolják, hogy a megvalósítandó integrált szenzorok több területen, így irány- és nyomásérzékeny érintőképernyőkben vagy biológiai érzékelőkben is felhasználhatók lesznek.

Felhasznált irodalom

1. Volk J, Nagata T, Erdélyi R, Bársony I, Tóth AL, Lukács IE, Czigány Zs, Tomimoto H, Shingaya Y, Chikyow T: Highly Uniform Epitaxial ZnO Nanorod Arrays for Nanopiezotronics, Nanosc. Res. Lett., 4, 699 (2009).
2. Watanabe K, Nagata T, Oh S, Wakayama Y, Sekiguchi T, Volk J, Nakamura Y: Growth sectors of a micro-sampled semiconductor nanorod visualized by SEM-cathodoluminescence nanospectroscopy of its arbitrary cross-sections, Nat. Com. 7, 10609 (2016). A cikk itt érhető el.
3. Watanabe K., Nagata T, Wakayama Y, Sekiguchi T, Erdélyi R, Volk J: Band-Gap Deformation Potential and Elasticity Limit of Semiconductor Free-Standing Nanorods Characterized in Situ by Scanning Electron Microscope–Cathodoluminescence Nanospectroscopy, ACS Nano 9, 2989 (2015).