Используя новые кремниевые наноструктуры, ученые из университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison) создали эффективный термоэлектрический материал.

Термоэлектрические устройства преобразуют тепловую энергию в электрическую, или наоборот, за счет электричества охлаждают систему. Увеличение эффективности термоэлектрических устройств достигается с помощью контактов между полупроводниками с различными свойствами (гетеропереходы), поэтому обычно такие устройства представляют собой организованные структуры с чередующимися тонкими слоями двух различных полупроводниковых материалов – так называемые сверхрешетки.

Заряды в многослойных проводах с гетеропереходами протекают сквозь периодически изменяющееся электрическое поле, которое оказывает влияние на их движение. В то же время, создание высоко модулированных систем гетеропереходов на основе традиционных гетероструктур затруднено. Поэтому для усиления модуляции электрического поля ученые пытаются найти новые подходы и материалы.

Группа ученых из университета Висконсин-Мэдисон (University of Wisconsin-Madison, США) подошла к проблеме с другой стороны. Ученые создали сверхрешетку с использованием всего лишь одного материала. Для этого были подготовлены кремниевые полоски с нанометровым сечением. Эффект сверхрешетки достигался путем приложения к кремниевым полоскам механического напряжения, создающего деформации, распределенные в материале периодическим образом. Система волн механического напряжения модулирует электрическое поле, при этом величина модуляции не уступает аналогичной характеристике более сложной двухкомпонентной гетероструктуры.

Слой, построенный из кремниевых нано-полосок, ученые назвали нано-мембраной. Результаты исследований показали, что с помощью наномембран можно добиться существенного преимущества в модуляции электрического поля. Другим значимым отличием наномембран является относительная простота производства этих однокомпонентных систем.

Ученые также отмечают, что их метод может быть применен к любому типу наномембран вне зависимости от природы полупроводника.

Высоко цитируемый журнал ACS Nano опубликовал подробности проведенных исследований в выпуске от 24 марта 2009 года.

Мария Костюкова