Gellir defnyddio nanoglystyrau metel fel lled-ddargludyddion: arsylwi ar briodweddau allweddol am y tro cyntaf

Yn ôl tîm ymchwil ar y cyd rhwng Abertawe a Hamburg, mae gan nanoglystyrau bychain o atomau metel – megis aur ac arian – briodweddau, sy'n golygu y gellir eu defnyddio fel lled-ddargludyddion. Mae'r canfyddiad hwn yn agor y drws i ystod eang o gymwysiadau newydd posibl, o ddyfeisiau arddangos ffonau a sgriniau mwy gwastad i dechnoleg wisgadwy.

Mae lled-ddargludyddion wrth wraidd electroneg fodern. Cânt eu defnyddio am lawer o bethau, gan gynnwys dyfeisiau arddangos mewn ffonau symudol a setiau teledu, synwyryddion golau a chelloedd solar i ddarparu ynni.

Dotiau cwantwm coloidaidd a lled-ddargludyddion organig yw'r ddau brif fath o led-ddargludyddion sy'n seiliedig ar ronynnau. Mae'r deunyddiau hyn ar y raddfa nano. Oherwydd eu bod yn fach iawn, maen nhw'n destun ffenomen a elwir yn gyfyngiad cwantwm, sy'n achosi newidiadau i'w priodweddau optegol ac electronig. Mae'r newidiadau hyn yn eu gwneud yn addas i’w cymwysiadau arfaethedig. 

Mae nanoglystyrau metel yn cyfuno agweddau ar y ddau ddeunydd arall hyn. Yn debyg i ddotiau cwantwm coloidaidd, maen nhw'n sefydlog iawn. Yn debyg i led-ddargludyddion organaidd, maen nhw'n fanwl gywir yn atomaidd, neu'n foleciwlaidd, ac yn cynnwys nifer penodol o atomau yn eu craidd metelaidd.

Fodd bynnag, er eu bod yn cynnwys yr holl gynhwysion cywir, nid oedd lled-ddargludyddion metel erioed wedi dangos priodweddau lled-ddargludyddol.

Dyma ble mae tîm Abertawe-Hamburg wedi torri tir newydd.

600 x 414

Llun:  Cynllun y ffenomen: mae'r golau, sy'n taro'r ffilmiau o nanoglystyrau yn cychwyn y llif gwefr rhwng y ddau electrod. Ffigurau: Galchenko/Klinke, Prifysgol Hamburg/Abertawe.

Dyfeisiodd y tîm ffordd o wneud ffilmiau o nanoglystyrau a oedd yn cynnwys 25 o atomau aur (Au25).Yna, gwelwyd bod y nanoglystyrau'n dangos priodweddau lled-ddargludyddol. Yn benodol, gwnaethant arsylwi ar effaith maes a ffotoddargludedd mewn ffotodransistorau a wnaed o’r ffilmiau hyn. Mae'r priodweddau unigryw yn ddilysnodau'r priodweddau unigryw.

Mae'r tîm yn cynnwys ymchwilwyr o Adran Gemeg Prifysgol Abertawe a Phrifysgol Hamburg yr Almaen.

Esboniodd yr Athro Christian Klinke o Adran Gemeg Prifysgol Abertawe gymwysiadau posibl y canfyddiad hwn,

"Gall y priodweddau lled-ddargludyddol sydd wedi'u darganfod mewn nanoglystyrau metel baratoi'r ffordd ar gyfer amrywiaeth o gymwysiadau newydd, o dransistorau effaith maes a ffotosynwyryddion i ddeuodau allyrru golau a chelloedd solar.

Gellir gweithgynhyrchu'r dyfeisiau hyn ar sail hyblyg. Mae gan lawer o nanoglystyrau metel, gan gynnwys y rhai y gwnaethom eu hymchwilio yn yr adroddiad hwn, bron sefydlogrwydd diddiwedd a allai eu gwneud nhw'n addas ar gyfer cymwysiadau argraffu chwistrell.

Mae angen i ni wneud mwy o waith ar yr hyn a ganfuwyd a mireinio'r dechneg ymhellach. Ond mae'r darganfyddiad hwn yn arwain y ffordd. Mae'n dangos y gallwn ddefnyddio nanoglystyrau metel i gynhyrchu ffilmiau lled-ddargludyddol o ansawdd uchel sy'n hawdd eu rhoi at ei gilydd."

600 x 430

Esboniodd ymchwilwyr eraill o'r tîm gymwysiadau posibl eraill:

Dywedodd Dr Andrés Black o Brifysgol Hamburg,

"Gall cysylltiad y craidd metel i natur ymarferol moleciwlau gwahanol eu gwneud yn synwyryddion nwy hynod sensitif."

Dywedodd Michael Galchenko, sydd hefyd o Brifysgol Hamburg,

"Gellir cynhyrchu heterostrwythurau sydd â natur ymarferol newydd a diddorol drwy integreiddio â deunyddiau dimensiynol isel eraill."

Dywedodd yr Athro Owen Guy, Pennaeth Adran Gemeg Prifysgol Abertawe,

"Mae ein gwaith yma yn Abertawe yn rhoi pwyslais mawr ar led-ddargludyddion, yn ein hadran Gemeg a'n Canolfan NanoIechyd. Mae gwaith Christian yn gyffrous nawr ar gyfer deunyddiau lled-ddargludyddol y genhedlaeth nesaf – maes y mae Prifysgol Abertawe yn arwain ynddo gyda'n partneriaid yn y diwydiant.

Mae'r canfyddiadau hyn, a wnaed yn bosibl gyda'n cysylltiadau agos â Hamburg, yn ddatblygiad arwyddocaol  yn y maes. Mae'n dangos bod ein hadran Gemeg ar flaen y gad o ran ymchwil yn ogystal ag addysgu."

Cyhoeddwyd y canfyddiadau hyn yn y cyfnodolyn, 'Advanced Materials.'  Darllenwch yr ymchwil.

Adran Cemeg Prifysgol Abertawe - darganfyddwch fwy