Jak poprawić efektywność nanodrutów GaN?

Doktorant Radosław Szymon oraz dr inż. Eunika Zielony z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej opublikowali artykuł w prestiżowym czasopiśmie „Small”. Ich praca poświęcona jest wzmocnieniu wydajności nanodrutów GaN.

Radosław Szymon w ramach swojego doktoratu zajmuje się badaniem nanodrutów na bazie azotku galu (GaN) pod kątem ich zastosowań w optoelektronice.

– Nie każdy zdaje sobie z tego sprawę, że z azotkiem galu mamy styczność praktycznie codziennie. To właśnie na bazie tego związku produkowane są popularne LEDy, które oświetlają nasze mieszkania, ulice czy sklepy – tłumaczy doktorant.

Na całym świecie naukowcy prowadzą nieustające badania nad tym materiałem. Szukają dla niego kolejnych zastosowań, zgłębiają jego właściwości oraz poprawiają wydajność projektowanych na jego bazie układów. Tą tematyką zajęli się także badacze z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki (W11) Politechniki Wrocławskiej (PWr): Radosław Szymon oraz dr inż. Eunika Zielony. Wyniki swoich obserwacji, które prowadzili razem z naukowcami z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk oraz Uniwersytetu Ekonomicznego w Katowicach, opisali właśnie w artykule „Enhancing GaN Nanowires Performance Through Partial Coverage with Oxide Shells”. Opublikowało go prestiżowe branżowe czasopismo „Small”.

– Początkowo skupiliśmy się na badaniach właściwości optycznych i strukturalnych nanodrutów typu rdzeń-powłoka. Wykorzystaliśmy pokrycia tlenkowe do zabezpieczenia nanostruktur przed wpływem otoczenia. Sprawdzaliśmy powłoki z dwóch różnych tlenków: glinu oraz hafnu, o nominalnych grubościach schodzących do pojedynczych nanometrów. Szybko zauważyliśmy, że szczególne rezultaty przynoszą właśnie te najcieńsze powłoki i to pomimo ich nieregularnej budowy – opowiada Radosław Szymon.

Nowe kierunki badawcze

To właśnie otrzymane wyniki zaowocowały artykułem o wzmocnieniu wydajności nanodrutów GaN z częściowym pokryciem tlenkami.

– Nanodruty GaN od lat są przedmiotem intensywnych badań naukowych, co sprawia, że trudno jest znaleźć w tej dziedzinie niszę badawczą. Jednak możliwości pokrycia nanodrutów różnymi związkami znacząco rozszerzyły ich zastosowania i otworzyły nowe kierunki badawcze – mówi dr inż. Eunika Zielony.

Zespół z W11 zajął się nanodrutami GaN z powłokami z amorficznych tlenków, ponieważ naukowcy dostrzegli, że niewiele jest prac na temat takich układów, w odróżnieniu od obszernie raportowanych wyników dla pokryć krystalicznych.

– Pokazaliśmy, że najcieńsze powłoki zapewniają relaksację sieci krystalicznej nanodrutów. Wykorzystaliśmy do tego, oprócz technik pomiarowych, takich jak XRD, spektroskopia Ramana oraz fotoluminescencja, też metody statystyczne, które pozwoliły uchwycić subtelne zmiany w badanych parametrach nanodrutów. Uważam, że to właśnie ta decyzja stanowi o wartości naszej pracy – wyjaśnia dr Zielony.

Ponadto w artykule bardzo szczegółowo opisano efekty fizyczne, które wyjaśniają obserwowane wzmocnienie luminescencji w nanodrutach rdzeń-powłoka.

– Na koniec dowiedliśmy też, że nawet niepełne pokrycia stanowią ochronę przed tzw. fotodegradacją, która jest nieunikniona w przypadku nanodrutów wystawionych na warunki normalne – podsumowuje dr Eunika Zielony.

Nie tylko artykuł, ale i okładka

Mgr inż. Radosław Szymon jest obecnie na trzecim roku w Szkole Doktorskiej Politechniki Wrocławskiej. Swoje badania realizuje w ramach projektu „Perły nauki” finansowanego przez Ministerstwo Edukacji i Nauki. Od początku nauki na PWr swoje prace prowadzi pod okiem dr inż. Euniki Zielony, specjalizującej się w badaniach struktur półprzewodnikowych mających potencjalne zastosowania w optoelektronice i fotowoltaice. Od lat wspólnie prowadzą badania na W11. Ich najnowszy artykuł to efekt współpracy z Instytutem Fizyki PAN oraz Uniwersytetem Ekonomicznym w Katowicach.

– Publikacja ta wymagała od nas przede wszystkim przemyślanego podejścia do pracy naukowej. Dużo większą uwagę przyłożyliśmy do wiarygodności i odtwarzalności naszych wyników, stąd wykorzystanie metod statystycznych. Dodatkowo przy takim artykule dobrze jest przemyśleć sposób prezentacji wyników i tu przydały się umiejętności graficzne naszego zespołu. W efekcie grafika z pracy została wybrana na okładkę czasopisma, co także stanowi duże wyróżnienie – podkreśla Radosław Szymon.

Czasopismo „Small” (IF 13.0) to ceniony tygodnik poświęcony nanotechnologii i badaniom struktur niskowymiarowych. Wydawany jest przez niemieckie wydawnictwo Wiley-VCH. W polskim systemie przyznano mu maksymalną liczbę 200 punktów.

Źródło: Politechnika Wrocławska

Czytaj także: Naukowcy PWr zbadali wodę powodziową