Gwyddonwyr yn sbïo lled-ddargludyddion ansefydlog

Mae Gwyddonwyr o Brifysgol Caerdydd wedi gweld, am y tro cyntaf, “ansefydlogrwydd” ar arwyneb deunydd lled-ddargludol cyfansawdd cyffredin.

Gallai’r canfyddiadau gael goblygiadau enfawr ar gyfer datblygiad deunyddiau yn y dyfeisiau electronig sy’n pweru ein bywydau dyddiol yn y dyfodol.

Mae lled-ddargludyddion cyfansawdd yn rhan annatod o ddyfeisiau electronig, o ffonau clyfar a GPS i loerenni a gliniaduron.

Mae’r canfyddiadau newydd, a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn blaenllaw Physical Review Letters, wedi datgelu nad yw arwyneb deunydd cyffredin mewn lled-ddargludyddion cyfansawdd – galiwm arsenid (GaAs) – mor sefydlog ag yr oeddem yn tyio’n flaenorol.

Drwy ddefnyddio cyfarpar blaenllaw yn Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth Prifysgol Caerdydd a’r Sefydliad Lled-ddargludyddion Cyfansawdd, mae’r tîm wedi canfod pocedi bach o ansefydlogrwydd yn strwythur atomig GaAs sy’n tueddu i ymddangos ac yna, diflannu.

Hwn yw’r tro cyntaf y mae’r ffenomen hon, o’r enw “metasefydlogrwydd”, wedi’i arsylwi ar arwynebau GaAs.

Dywedodd cydawdur yr astudiaeth, Dr Juan Pereiro Viterbo, o Sefydliad Lled-ddargludyddion Cyfansawdd Prifysgol Caerdydd: “Ar hyn o bryd, nid ydym yn gwybod a yw’r ffenomen hon yn effeithio ar dwf strwythurau dyfeisiau lled-ddargludyddion – dyma’r hyn sydd angen ei astudio nesaf.

“Pe bai’r ffenomen hon yn mynd i ddigwydd yn ystod twf dyfeisiau lled-ddargludyddion, yna gallai hyn gael goblygiadau enfawr.

“At ei gilydd, mae’r canfyddiadau hyn yn ein helpu i ddeall beth sy’n digwydd ar y raddfa foleciwlaidd yn well. Bydd hyn yn ein galluogi i ddatblygu deunyddiau a strwythurau newydd, lleihau namau mewn dyfeisiau presennol sy’n defnyddio lled-ddargludyddion cyfansawdd, ac felly, datblygu electroneg well ar gyfer ein systemau cyfathrebu, cyfrifiaduron, ffonau, ceir a mwy.”

Roedd argaeledd cyfarpar â galluoedd nad ydynt yn bodoli unrhyw le arall yn y byd yn allweddol i’r darganfyddiad hwn.

Mae gan y labordai yn yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth a’r Sefydliad Lled-ddargludyddion Cyfansawdd ficrosgop electron ynni isel wedi’i gyfuno â pheiriant epitacsi paladr moleciwlaidd, sy’n galluogi ymchwilwyr i arsylwi newidiadau deinamig i strwythur deunyddiau tra bod lled-ddargludyddion cyfansawdd yn cael eu cynhyrchu.

Epitacsi paladr moleciwlaidd yw’r dechneg a ddefnyddir i gynhyrchu neu “dyfu” dyfeisiau lled-ddargludyddion cyfansawdd, ac mae’n gweithio drwy saethu paladrau tra-chywir o atomau neu foleciwlau poeth iawn at is-haen. Mae’r moleciwlau’n glanio ar arwyneb yr is-haen, yn cyddwyso, ac yn adeiladu’n araf iawn ac yn systematig mewn haenau tenau dros ben, gan ffurfio crisial sengl, cymhleth yn y pen draw.

“Er bod GaAs wedi’i astudio’n dda, mae’r defnydd o ficrosgopeg electronau ynni isel ar gyfer y broses dyfu yn ein galluogi i arsylwi ar ddigwyddiadau deinamig na welwyd eu tebyg erioed o’r blaen,” casglodd Dr Viterbo.