Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Momentum resolved electron band structures from electron energy loss spectroscopy

Alternativ tittel: Impulsoppløste båndstrukturer fra elektronenergitapsspektroskopi

Tildelt: kr 9,5 mill.

I solceller, lysdioder, og all moderne elektronikk bruker man en type materialer som kalles «halvledere». Sammenlignet med metaller så er halvlederne veldig dårlige til å lede strøm, men fordelen er at vi kan styre strømmen veldig godt. Man kan for eksempel bestemme at det bare skal gå strøm i en retning, og vi kan skreddersy de halvledende materialene for å høste energi fra sollys som i solceller, eller til å gi lys som i LED-pærer. Det vanligste halvledende materialet er silisium, som brukes i nesten alt av hverdagselektronikk og solceller, men også gallium-nitrid og gallium-arsenid er mye brukt. Forklaringen på hvorfor halvledere oppfører seg som de gjør finner vi i kvantemekanikken. Den forteller oss at når atomer settes sammen i et regulært mønster, som i en krystall, så smelter de ytterste elektronskallene sammen i det vi kaller energibånd. Strukturen på disse energibåndene bestemmer hvilke energier et elektron kan ha, og hvordan det får lov til å bevege seg i forskjellige retninger. Hvis man ønsker å styre egenskapene til et materiale er det derfor helt avgjørende å forstå hvordan båndstrukturen til materialet ser ut. Dessverre finnes det veldig få måter å måle båndstrukturen på, og man er ofte avhengig av indirekte metoder og teoretiske beregninger. I dette prosjektet skal vi utvikle en ny metode for å observere båndstrukturen direkte ved hjelp av elektronmikroskopi og -spektroskopi. Dette vil gi oss muligheten til å «se» båndstrukturen til et materiale helt ned til nanometer-skala, noe som vil gi et nytt verktøy til alle som jobber med å forbedre egenskapene til halvledende materialer.

The ability to tailor materials’ properties by controlling their nanometer-scale structure and composition is defining for the new era of nanoscience: controlled alloying of semiconductors or introduction of quantum well structures can dramatically modify electronic structure, and thereby the optical and electronic properties of a material or device. For 2D materials and associated heterostructures, accurate control of nano-scale structure and chemistry will allow for their rich physical properties to be optimized for implementation in novel devices. Here, fundamental insight into many-body effects and the role of dielectric screening is required to set the stage for systematic engineering of electronic and excitonic states. However, observing and measuring the materials’ properties at the relevant length scales is one of the key limiting factors for further developments. In this project we will develop methods to study the electronic band structure and excitons dispersions through momentum resolved EELS in (S)TEM. We will combine state of the art instrumentation with recent computational advances to arrive at a joint description of the electronic band structure, which for selected systems will be corroborated and combined with ARPES data. This approach will be used to provide insight into how heavy doping affects the electron band structure of wide-band gap semiconductors, and map their electron band structure with exceptional spatial resolution. Such information is essential for engineering of transparent conductive oxide semiconductors (TCOs), with applications in areas such photovoltaic modules, transparent electronics, and display technology. Furthermore, we will use q-EELS to determine the nonlocal dielectric response of 2D materials and related heterostructures. This will provide fundamental insights into the relationship between material composition, exciton dispersion, and the dielectric environment.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek