Halvledare med ultrastort bandgap – för framtida kvantteknik och grön elektronik

Halvledarmaterial är centrala för många nyckelteknologier som möjliggör vår samhällsutveckling, exempelvis inom kommunikation, datorminnen, beräkningskapacitet, samt energiproduktion och – distribution. Vanya Darakchieva vill som Wallenberg Scholar skapa nya, miljövänliga halvledarmaterial för ett hållbart samhälle.

Gränserna inom halvledarfysik och halvledarteknik måste flyttas fram för att utveckla nästa generations kvantteknik och miljövänliga elektronik som är nödvändig för övergången till ett hållbart, säkert och motståndskraftigt samhälle. Banbrytande lösningar för medicinska- och kemiska sensorer, säker kommunikation och dataskydd, samt nya elektroniska komponenter för ett energieffektivt smart nät och för elektriska transporter är några exempel på vad som krävs.

För att sådana behov ska kunna tillgodoses kommer Darakchieva och hennes forskargrupp ta fram kunskap om outforskade halvledare med ultrastort bandgap, ultra-wide bandgap – UWBG, baserade på metalloxider och metallnitrider. Dessa nya material har stor potential att möjliggöra nästa generations miljövänliga kraftelektroniska komponenter med bättre prestanda och som är billigare och lättare att massproducera. 

Den nya halvledarmaterialen skulle också kunna också fungera som värdmaterial för att skapa punktdefekter för robusta kvantbitar och emittrar av enstaka fotoner som kan fungera vid rumstemperatur, något som viktigt för att de ska kunna användas i praktiska tillämpningar, som till exempel i kvantdatorer och kvantsensorer, som för närvarande endast kan fungera vid temperaturer nära den absoluta nollpunkten. 

Forskningen syftar till att leda till nya material av kvantkvalitet som kommer att utgöra källor för enstaka fotoner och enstaka spinns för kvantinformation och avkänning. Resultaten kommer också att möjliggöra nästa generations kraftelektronik med enorm potential för att radikalt förändra transporter samt distribution och omvandling av elektricitet, vilket kommer att minska koldioxidutsläppen.