Bu görsel bir tek nanotel piezoelektrikliğinin diyagramıdır. Credit: Image courtesy Horacio Espinosa
Yarıiletken galyum nitrat nanoteller gelecek nesil nano ve nanooptoelektronik sistemlerde büyük umutlar göstermektedir. Son zamanlarda, McCormick Mühendislik Okulu’nda araştırmacılar kendinden güç beslemeli nanoaygıtlarda onları daha fazla yararlı kılabilen nanotellerin yeni piezoelektrik özelliklerini buldular.
Çapı sadece 100 nanometre olan nanoteller genellikle bir boyutlu olarak kabul edilirler. Fakat Northwestern Üniversitesi’nde araştırmacılar birbirinden ayrı olarak galyum nitrat nanotellerin üç boyutta mekaniksel zorlama sonucu bir tür yük üretimi olan güçlü piezoelektrik etkiye sahip olduklarını son zamanlarda yaptıkları çalışmalarla bildirdiler.
Galyum nitrat (GaN) en teknolojik yarıiletken malzemeler arasındandır ve ayrıca, mavi laserler (blue-ray diski oluşturan) ve ışık-yayan diyotlar (LED) gibi günümüzde optoelektronik aygıtların olduğu her yerde bulunan bir malzemedir. Daha yakın bir zamanda ise GaN nanotellerden yapılan nanojeneratörler mekaniksel enerjiyi (biyomekaniksel hareket gibi) elektrik enerjisine dönüştürebilme yeteneğine sahip olabilecek şekilde geliştirildi.
60 nanometre kadar küçük birbirinden ayrı GaN nanotellerle ilişkili bulgular onların 6 kez daha büyük hâli 3 boyutlu bulk karşılığında piezoelektrik davranışının olduğunu gösteriyor. Üretilen yük piezoelektrik sabitleri ile doğrusal olarak değiştiği için bu bulgu nanotellerin mekaniksel enerjiyi elektriksel enerjiye dönüştürmesinde 6 kata kadar daha fazla verimli olduğunu gösterir.
Elde edilen ölçümler için, araştırmacılar tek nanotelde farklı yönlerde bir elektrik alan uyguladılar ve pikometre aralığındaki (10-12 metre) küçük deplasmanları ölçtüler. Araştırma grubu bir atomik kuvvet mikroskobunun yüksek hassasiyetli deplasman ölçümü yapabilmesinden yararlanarak taramalı probe mikroskobuna dayandırılan bir yöntem geliştirdiler. Çalışmalar sırasında yapılan ölçümler oldukça zor çünkü ölçülen deplasmanlar hidrojen atomunun büyüklüğünden 100 kat daha küçüktür. (Burada bahsedilen deplasman, bir tür elektrik alandır. Maxwell’in bilinen “harika” denklemlerinde vektör alanı olarak kullanılırlar. Malzemelerin içindeki elektronlar gibi serbest yüklerin etkilerini açıklar. Malzeme dışındaki, serbest bir uzayda elektrik deplasman alanı Gauss yasası ile kolaylıkla bulunabilen akı yoğunluğuna eşittir.)
Bu sonuçlar kendinden güç beslemeli nanoaygıtların güç sağlamaları ve GaN nanotellerden yapılan nanojeneratörlerin bu son gelişimi özellikle göz önüne alındığında heyecan vericidir.
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | http://twitter.com/kuarkatmaca
Nanoscale Devices and Carrier Transport Group – Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynaklar:
*Bu çalışma, Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu ve Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu faaliyetleri kapsamında hazırlanmıştır.
