Kristal Yapıların İletkenliğinin Görünürlüğü 10 Milyon Kat Arttırıldı
Fotoğraf : Minnesota Üniversitesi araştırmacıları STEM ile bir perovskitkristali olan BaSnO3‘teki metalik zincir yapısını görüntülediler. Katkı sağlayanlar; Minnesota Üniversitesi , Mkhoyan grubu.
Çığır açan malzeme araştırmasını Minnesota Üniversitesinden Profesör K. AndreMkhoyan yürüttü. K. AndreMkhoyan dokunmatik ekranlar için gerekli iki özelliği keşfetti; şeffaflık ve iletkenlik.
Perovskit kristalini ilk olarak araştıranlar bu takımdı. Perovskit dünyanın merkezinde bolca bulunur.Metaller ve yarı iletkenlerin yaygınlığından dolayı metalik özellikleri araştırılmasa da BaSnO3’te öyle bir kristal yapıdadır. Bununla birlikte, gezegende metalller ya da yarı iletkenler gibi daha iletken malzemelerin yaygınlığı nedeni ile metalik özellikleri araştırılmamıştır. Buluşi ileri transmisyon elektron mikroskopu ile yapıldı bu teknik ile görüntüler 10 milyon kez büyütüldü.
Araşırma Amerikan Gelişmiş Bilim Derneği ‘nin ( AAAS) denetlediği ve yayınladığı bir bilimsel dergi olan ‘‘ ScienceAdvantages’’ adlı dergide yayınlandı.
Minnesota Üniversitesi Fen Bilimleri ve Mühendislik Fakültesinde Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi dalında bir T.E.M. uzmanı ve Ray D. T. Johnson / Mayon plastik başkanı Mkhoyan ;
‘’ Kusurlu metalik dizilimler, bir cam kadar transparan aynı zamanda metal gibi iyi bir iletken olan bir malzeme üretebileceğimiz anlamına geliyorBöylece elektronik yüzeyleri veya yeni tip dokunmatik ekranları şeffaf ve aynı zamanda iletken hale getirebiliriz. Bu çok heyecan verici. ’’
Kristal yapılarda kusurlar ve hatalar çok sıktır. Moleküler dizilim kusurları (en sık olanı gerilim kuvveti ile molelüker kristal dislokasyon) normal düzeninden sapan bir dizi atomdur. Dislokasyondaki kristaller, host kristaller ile aynı bileşim oranına sahiptir. Simetri azalması ve gerginliğe bağlı olarak elektronik bant yapısından host çekirdek çoğunlukla sadece biraz daha farklıdır. Araştırmacıların metalik hat kusurunu bulmaları için dislokasyonlarındışına kusurlu bileşim oranını ortaya çıkaran atomik yapıya bakmaları gerekir.
Kimya Mühendisliği ve Malzeme bilimleri bölümünün mezunu ve çalışmanın baş araştırmacısı olan Huwanhui Yun;
‘’ T.E.M. yardımı ile ( transmisyon elektron mikroskopu) moleküler zincir kusurlarını yüksek çözünürlükte kolayca gözlemledik. Kendine has atomik konfigürasyonundan ötürü BaSnO3ince bir tabakaya sahiptir.’’
Bu çalışma için, BaSnO3 filmleri ’’ Minnesota TwinCities Üniversitesi’ndeki ’’ bir laboratuvarda, yüksek kaliteli kristalleri üretmek için bir teknik olan moleküler ışın epitaksi (M.B.E.) ile büyütüldü. Bu BaSnO3filmlerinde gözlenen metalik zincir kusurları, filmin büyüme yönünde yayılır. Bu da araştırmacıların potansiyel olarak zincir hatalarını kontrol edebileceklerini gösterir. Ayrıca buhatakarıdokunmatik ekranlarda, akıllı elektroniklerde ve şeffaflık ve iletkenlikkombinasyonunu gerektiren diğer teknolojilerde dekontrol edebilecekleri anlamına gelir.
MBE tarafından çeşitli perovskit oksit filmleri üreten laboratuvarı yöneten Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde Doç. ve Shell Başkanı BharatJalan ;
‘’ MBE kullanırken yüksek çözünürlüklü BaSnO3 filmini büyütmek için yaratıcı olmamız gerekti.’’ dedi
Perovskit kristalleri bir birim hücrede üç element içerir (ABX3). Bu, yapı değişiklikleri, bileşim, kristal simetri açısından varyasyon anlamına gelir. Farklı koordinasyon ve bağlanma açıları sayesinde zincirdeki yeni elektron durumu tanıtılır. Elektronik bant yapısı, zincir kusurunu metale çevirecek kadar dramatik seviyede değişir.
Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde yardımcı doçent ve yoğunluk fonksiyonel teorisinde (DFT) uzman olan Turan Birol;
‘’Teori ve deneyin birbiriyle bu kadar uyuşması büyüleyici. Bu zincirin atomik yapısı ve elektronik özelliklerini DFT hesaplamaları ile saptayabiliriz.’’ dedi
Araştırmadakiler Minnesota Üniversitesi’ndeki yüksek lisans öğrencileri ve doktora sonrası araştırmacılardan HwanHui Yun, Mehmet Topsakal ( Brookhaven ulusal laboratuvarlarında bilim insanı) , K.AndreMkhoyan , BharatJalan , Turan Birol , JongSeokJeong. Ve AbhinavPrakash. (Argonne ulusal laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı)
Bu çalışma, NationalInstitute of StandardsandTechnology tarafından desteklenen SMART tarafından ve Minnesota Üniversitesi Malzeme Araştırma Bilimi ve Mühendisliği aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından kısmen desteklenmiştir. Ekip ayrıca Minnesota Üniversitesi Karakterizasyon fabrikası ile de çalışmıştır. MBE büyüme çalışmasıise , NSF ve Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Dairesi tarafından kısmen desteklendi.
Kaynak : newswise.com
