Wetenschappers zijn meestal op zoek naar foutloze nanostructuren. Maar in dit geval hebben de UPV/EHU-onderzoeker Angel Rubio en zijn medewerkers de structurele defecten in boornitride-nanobuisjes maximaal benut. Het resultaat van zijn onderzoek is een nieuwe lichtemitterende bron die gemakkelijk kan worden ingepast in de huidige micro-elektronicatechnologie. Het onderzoek heeft ook geresulteerd in een patent.

Boornitride is een veelbelovend materiaal op het gebied van nanotechnologie, dankzij de uitstekende isolerende eigenschappen, weerstand en tweedimensionale structuur vergelijkbaar met grafeen. En specifiek, de eigenschappen van hexagonaal boornitride, de focus van dit onderzoek, zijn veel beter dan die van andere metalen en halfgeleiders die momenteel worden gebruikt als lichtzenders, bijvoorbeeld, in toepassingen die zijn gekoppeld aan optische opslag (dvd) of communicatie. "Het is extreem efficiënt in de emissie van ultraviolet licht, een van de beste die momenteel op de markt verkrijgbaar is, " merkte de UPV/EHU-onderzoeker Angel Rubio op.

Echter, de lichtemissie van boornitride-nanobuizen vindt plaats binnen een zeer beperkt bereik van het ultraviolette spectrum, wat betekent dat ze niet kunnen worden gebruikt in toepassingen waarbij de emissie moet worden geproduceerd binnen een breder frequentiebereik en op een gecontroleerde manier (bijvoorbeeld in toepassingen met zichtbaar licht).

Het onderzoek dat is uitgevoerd door de NanoBio Spectroscopy Group van de UPV/EHU heeft een oplossing gevonden om deze beperking te overwinnen, en de deur openen naar het gebruik van hexagonale boornitride-nanobuizen in commerciële toepassingen.

Ze hebben aangetoond dat door een elektrisch veld loodrecht op de nanobuis aan te leggen, het is mogelijk om deze laatste licht over het hele spectrum van het infrarood tot het verre ultraviolette licht te laten uitstralen en op een eenvoudige manier te regelen. Dit gemak van controle is alleen te vinden in nanobuisjes vanwege hun cilindrische geometrie (dit zijn buisvormige structuren met lengtes in de orde van micrometer, en diameters in de orde van nanometers).

Rubio werkt al bijna 20 jaar met boornitride-nanobuisjes. "We hebben ze theoretisch voorgesteld, en toen werden ze experimenteel gevonden. Tot dusver, al onze theoretische voorspellingen zijn bevestigd, en dat geeft veel voldoening, " legde hij uit. Toen eenmaal de eigenschappen van gelaagd hexagonaal boornitride en zijn extreem hoge efficiëntie in lichtemissie bekend waren, dit onderzoek probeerde aan te tonen dat deze eigenschappen niet verloren gaan in nanobuisjes. "We wisten dat wanneer een laken werd opgerold en een buis werd gevormd, er werd een sterke koppeling gemaakt met het elektrische veld en dat zou ons in staat stellen om de lichtemissie te veranderen. We wilden laten zien, " en ze hebben inderdaad laten zien, "dat de efficiëntie van de lichtemissie niet verloren ging vanwege het feit dat de nanobuis werd gevormd, en dat het ook beheersbaar is."

Borium afwezigheden

Het apparaat werkt op basis van het gebruik van natuurlijke (of geïnduceerde) defecten in boornitride-nanobuisjes. Vooral, de defecten die gecontroleerde emissie mogelijk maken, zijn de gaten die in de wand van de nanobuis verschijnen vanwege de afwezigheid van een booratoom, wat het meest voorkomende defect is bij de vervaardiging ervan. "Alle nanobuisjes lijken erg op elkaar, maar het feit dat u deze gebreken heeft, maakt het systeem operationeel en efficiënt, en wat meer is, hoe meer gebreken je hebt, hoe beter het werkt."

Rubio benadrukte "de eenvoud" van het voorgestelde apparaat. "Het is een apparaat dat functioneert met defecten, het hoeft niet puur te zijn, en het is heel gemakkelijk te bouwen en te controleren." Nanobuisjes kunnen worden gesynthetiseerd met behulp van standaardmethoden in de wetenschappelijke gemeenschap voor het produceren van anorganische nanobuisjes; de structuren die als resultaat worden gesynthetiseerd, hebben natuurlijke defecten, en het is mogelijk om meer op te nemen als je wilt door middel van eenvoudige, post-synthese bestralingsprocessen. "Het heeft een traditionele transistorconfiguratie, en wat we voorstellen zou werken met de huidige elektronische apparaten, " benadrukte hij. Het "minder aantrekkelijke" deel, zoals gespecificeerd door Rubio, is dat boornitride-nanobuisjes nog steeds slechts in zeer kleine hoeveelheden worden geproduceerd, en er is nog geen economisch levensvatbaar syntheseproces op commerciële schaal.

Voorbij grafeen

Rubio twijfelt niet aan het potentieel van de nieuwe materialen op basis van tweedimensionale systemen, en specifiek, van verbindingen die een alternatief bieden voor grafeen, Leuk vinden, bijvoorbeeld, hexagonaal boornitride. Zonder afbreuk te doen aan grafeen, Rubio is van mening dat het alternatieve veld op de lange termijn een groter potentieel zou kunnen hebben en moet worden verkend:"Het is een veld dat de afgelopen vijftien jaar actief is geweest, ook al was het minder zichtbaar. Wij werken al sinds 1994 met hexagonaal boornitride, het is als ons kind, en ik geloof dat het een aantrekkelijk onderzoeksgebied heeft geopend, waar steeds meer groepen zich bij aansluiten."