EN

Kiderakenteiden virheiden tutkimukseen
uusi menetelmä

Akatemiatutkija Filip Tuomisto ja tutkija Jussi-Matti Mäki Aalto-yliopistosta ovat kehittäneet uuden kokeellisen tutkimusmenetelmän, jota voidaan hyödyntää niin timanttien kuin puolijohdeteollisuuden käyttämien materiaalien ominaisuuksien tutkimuksessa. Kidevirheitä vähentämällä LED-valoista saadaan nykyistä tehokkaampia ja energiaa säästäviä. Menetelmällä pystyttiin myös selvittämään yhteistyössä DTC Research Centren englantilaisten tutkijoiden kanssa, mistä luonnontimanttien ruskea väri johtuu. Tutkimustulos julkaistiin juuri Phyical Review Letterissä, joka on fysiikan alan arvostetuin tiedejulkaisu.

Mäki ja Tuomisto ovat joitakin vuosia tutkineet luonnontimantteja antimaterian avulla selvittääkseen kiderakenteiden ominaisuuksia. Mittaamalla positronien elinaikaa timantissa on paljastunut, että ruskeiden timanttien kiderakenteessa on suuria kymmenien puuttuvien atomien muodostamia tyhjän tilan keskittymiä eli vakanssiklustereita.

”Valaisimme näytteitä näkyvän valon aallonpituuksilla mittauksen aikana ja havaitsimme, että tällöin positronien todennäköisyys havaita vakanssiklustereita kasvoi voimakkaasti. Tämä johtuu siitä, että valo virittää elektroneja kiderakenteen atomien välisistä sidoksista vakanssiklustereihin. Ilmiö vähentää näkyvän valon spektristä kaikkia aallonpituuksia siniseen päähän painottuen aiheuttaen savuisen ruskean sävyn, joka on nähtävissä paljain silmin”, kertoo Tuomisto.

Suurimmalle osalle ihmisistä tulee luonnontimantista mieleen kirkkaan säihkyvä jalokivi. Vähemmän tunnettua on, että valtaosa puhtaimmistakin luonnontimanteista on väriltään samean ruskean sävyisiä. Nämä timantit ovat ulkonäöltään ja kaupalliselta arvoltaan huomattavasti vähäisempiä kuin kirkkaat ja värittömät. Samean ruskean värin täsmällinen alkuperä on tähän saakka ollut arvoitus, kun esimerkiksi timantin sinisen värin on jo pitkään tiedetty aiheutuvan booriepäpuhtauksista. Kaikkien luonnollisten värisävyjen, kuten harvinaisen vaaleanpunaisen, alkuperää ei kuitenkaan vielä tunneta. Positronimittauksissa havaittiin myös, että käsiteltäessä ruskean sävyisiä timantteja korkeassa paineessa ja lämpötilassa edellä mainitut ruskean värisävyn aiheuttavat vakanssiklusterit häviävät.

”Olemme nyt kehittäneet uuden menetelmän, jossa valaisuolosuhteita vaihdellaan jaksollisesti positronimittausten aikana ja mitataan ajasta riippuvia ilmiöitä. Näin voidaan tutkia myös puolijohdeteknologian kannalta tärkeitä materiaaleja kuten galliumnitridipohjaisia ohutkalvoja, joita käytetään LED-valoissa. Virheet kiderakenteissa vaikuttavat LEDien tehokkuuteen, ja siksi kidevirheiden muodostumisen ymmärtäminen on tärkeää tulevaisuuden matalakulutuksisten valaistusratkaisujen ja optoelektroniikan komponenttien kehittämisen kannalta”, toteaa Mäki.

Linkki artikkeliin Time dependence of charge transfer processes in diamond studied with positrons, Physical Review Letters 107, 217403 (2011).

Tutkimus on tehty osana MIDE-tutkimusohjelman HIGHLIGHT-projektia yhteistyössä Mikro- ja nanotekniikan laitoksen sekä brittiläisen DTC Research Centren tutkijoiden kanssa.

Lisätietoja antaa akatemiatutkija Filip Tuomisto, Teknillisen fysiikan laitos, Positroni tutkimusyksikkö, Aalto-yliopisto, p. 09 4702 3144, sp. filip.tuomisto@aalto.fi

Lähde: Aalto-yliopiston tiedote

Seuraa meitä:
FacebookSlideshareTwitterYoutube
VAIHDE 029 533 5000
KIRJAAMO 029 533 5049
FAKSI 029 533 5299
   
SÄHKÖPOSTI etunimi.sukunimi@aka.fi
AUKIOLO Arkisin 8.00-16.15
   
HENKILÖHAKU »
YHTEYSTIEDOT, LASKUTUS  JA
REKISTERISELOSTEET»
KYSYMYKSET JA PALAUTE »