Was ist ein Supergitter?

Ein Supergitter ist eine spezielle Art von Gitterstruktur, die in der Physik und Materialwissenschaft verwendet wird. Es kombiniert verschiedene Kristallstrukturen, um neue elektronische und optische Eigenschaften zu erzeugen. Supergitter können in Halbleitern und nanostrukturierten Materialien eingesetzt werden, was ihre Anwendung in der Elektronik und Photonik ermöglicht.

Ein Supergitter ist eine Struktur, die aus abwechselnden Schichten unterschiedlicher Materialien besteht. Diese Schichten werden typischerweise in Nanometern gemessen und das typische Übergitter ist extrem klein. Diese Strukturen werden bei der Herstellung neuer Formen von Halbleitern verwendet, die andere Eigenschaften aufweisen als die enthaltenen Materialien. Mit der zunehmenden Verbreitung dieser Technologie geht man davon aus, dass Wissenschaftler damit Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften herstellen können, ohne dass sich ihr Aussehen ändert.

Die Struktur entsteht durch das Übereinanderstapeln von Schichten verschiedener Materialien. Diese Schichten sind sehr dünn, sogar dünner als ein menschliches Haar. Durch das Stapeln dieser dünnen Materialien werden die Eigenschaften der einzelnen Materialien auf unerwartete Weise vermischt. Diese Kombination von Eigenschaften ermöglicht es Wissenschaftlern, Substanzen zu schaffen, die Eigenschaften aufweisen, die bei natürlichen Materialien selten oder unbekannt sind.

Es gibt zwei häufige Gründe für die Erstellung einer Supergrid-Struktur. Die erste besteht darin, die Widerstandsfähigkeit des Materials gegenüber Schereinwirkungen zu erhöhen. Der Prozess der Herstellung eines Übergitters erhöht die Scherfestigkeit weit über die Festigkeit der einzelnen Materialien hinaus. Diese Widerstandsfähigkeit ermöglicht es dem Material, seine Struktur auch unter höheren Belastungen beizubehalten als herkömmliche Materialien.

Der andere häufige Grund für den Aufbau eines Übergitters ist die Herstellung neuer Halbleitersorten. Diese Materialien übertragen Elektrizität besser als ein Isolator, aber nicht so gut wie ein Leiter. Sie werden in fast allen Formen moderner Elektronik eingesetzt, oft in Form eines integrierten Schaltkreises oder Mikrochips. Heutige Halbleiter bestehen normalerweise aus Silizium, Supergitter-Halbleiter können jedoch aus vielen verschiedenen Materialien bestehen.

Halbleiter-Übergitter haben gegenüber typischen Halbleitern einige Vorteile. Diese hergestellten Materialien können Elektrizität schneller oder langsamer leiten als ein typischer Siliziumhalbleiter, indem sie einfach die Mengen der Substanzen im Gitter verändern. Dies ermöglicht die kundenspezifische Konstruktion eines Halbleiters mit sehr spezifischen Toleranzen.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass einige Eigenschaften der Gittermaterialien getrennt bleiben. Durch die Schaffung eines Schichtleiters ist es möglich, Ströme variabler Leistung durch den Halbleiter zu leiten. Tatsächlich überträgt jede Schicht Energie mit ihrer natürlichen Geschwindigkeit. Dadurch kann ein einzelnes Material gleichzeitig mit zwei verschiedenen Frequenzen betrieben werden, wodurch die Reaktionszeit des Materials verbessert wird.
Nur wenige hergestellte Produkte verwenden Supergitter. Einige Unternehmen experimentieren mit Batterien und Glühbirnen, die Kathoden auf Supergitterbasis verwenden, aber das ist sehr selten. Die laufende Forschung auf diesem Gebiet wird dies wahrscheinlich ändern. Supergrid-Strukturen verfügen über viele Eigenschaften, die, wenn sie zu herkömmlichen Konsumgütern hinzugefügt werden, deren Lebensdauer verlängern und ihren Energieverbrauch senken.

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