전자밴드갭은 광 수확, 변환 및 전송 기술을 제어

원자 수준에서 협력하여 새로운 재료의 특성을 설계하는 양자 역학적 계산을 사용합니다. 그의 그룹의 최신 성과는 전체 조성물의 재료를 변경하지 않고 복합 산화물 재료의 전자밴드갭을 제어하는​​ 신규 방법의 발견이다. 발견은 잠재적으로  태양전지와 photoelectrocatalysis을 통해 화학 연료로 햇빛의 개선 변환을 포함하여 레이저와 같은 더 나은 전기 광학 장치, 새로운 에너지 생성 및 변환 재료가 발생할 수 있습니다.

"정말 태양의 빛을 수집 할 수있는 완벽한 자료가 아니다"   물질 과학자, 우리는 아래에서 위로 한 엔지니어링하려는 그대로 "그래서. 우리는 재료의 구조, 원자 배열되는 방식을 이해하려고 하고,  '게놈' 물질의 성질과 기능을 지원하는 방법연구 . "

전자밴드갭은 광 수확, 변환 및 전송 기술을 제어하기 위해 필요한 기본적인 재료 파라미터이다. 밴드 갭 엔지니어링을 통해, 과학자들은 물질의 화학 구조를 변경하거나 필요로하는 태양 전지에 의해 흡수 될 수있는 태양 광 스펙트럼의 부분을 변경할 수있다.

비 - 산화물 반도체의 현재 튜닝 방법은 여전히​​ 변형 될 재료의 화학 성분을 필요 약 일렉트론에 의해 밴드 갭을 변화시킬 수있다. Rondinelli의 방법은 재료의 화학을 수정하지 않고 최대 200 %까지 밴드 갭을 변경할 수 있습니다. 복합 산화물 재료에 포함 된 자연적으로 발생하는 층은 층을 제어하는​​ 방법을 조사하기 위해 자신의 팀에 영감을. 이들은 산화물 중의 원자의 중성 및 하전 평면 사이의 상호 작용을 제어함으로써, 전자들은 밴드 갭 가변성에서 훨씬 큰 변화를 달성 할 수 있다는 것을 발견했다.

"당신은 실제로 결정을 절단하고, 나노 미터 규모, 구조를 포함하는 잘 정의 된 레이어를 볼 수 있었다"고 말했다. "당신에게 기존의 반도체 재료에 일반적으로 존재하지 않는 새로운 제어 매개 변수를 제공합니다 당신이 원자 수준의 구조에서 이러한 레이어에 양이온을 주문하는 방법입니다."

이온은 순 포지티브 중성 또는 음전하를 갖는 - - 양이온의 구성을 튜닝함으로써, 서로 근접하여 이러한 비행기를 Rondinelli 팀은 두 개 이상의 전자 볼트의 밴드 갭의 변화를 보여 주었다. "우리는 물질의 화학식을 변경하지 않고 많은 양의에 의해 밴드 갭을 변경"고 말했다. "유일한 차이점은 물질의 '유전자'시퀀싱 방법이다."

DARPA와 미국 에너지 부에서 지원, 연구의 1월 30일 월호에 발표 한 논문 "양이온 주문을 통해 계층 산화물의 대규모 밴드 갭 변화"에 설명되어 자연 통신 . 뉴 멕시코 로스 알 라모스 국립 연구소의 프라 사나 Balachandran 고이 논문의 공동 저자이다.

산화물 층을 정리하는 것은 다르게 서로 다른 속성을 일으킨다. Rondinelli는 능력을 갖는 것은 실험적으로 연구자가 특정 속성과 목적으로 새로운 재료를 설계 할 수있는 주문 오늘 층별를 제어 할 수 있다고 말했다. 다음 단계는 실험적으로 그의 연산 결과를 테스트하는 것이다.

Rondinelli의 연구는 에너지, 의료 및 교통 문제를 해결하기 위해 첨단 소재의 발견을 촉진하는 것을 목표로 버락 오바마 대통령의 재료 게놈 이니셔티브로 정렬됩니다.

"오늘은 원자 수준의 정밀도와 디지털 자료를 만들 수 있습니다"라고 Rondinelli 말했다. "탐사를위한 공간은, 그러나, 거대한 우리가 물질 동작이 빌딩 블록에서 나온다 방법을 이해한다면, 우리는 그 도전은 극복하고 오늘날 가장 큰 도전 중 하나를 충족시킨다.