Onderzoekers hebben een nieuwe beeldvormingstool gedemonstreerd voor het snel screenen van structuren, enkelwandige koolstofnanobuizen genaamd. mogelijk het gebruik ervan bespoedigen bij het creëren van een nieuwe klasse computers en elektronica die sneller zijn en minder stroom verbruiken dan de huidige.

De halfgeleidende nanostructuren kunnen worden gebruikt om de elektronica te revolutioneren door conventionele siliciumcomponenten en circuits te vervangen. Echter, een obstakel bij hun toepassing is dat metalen versies onvermijdelijk ontstaan ​​tijdens het fabricageproces, de halfgeleidende nanobuisjes besmetten.

Nu hebben onderzoekers ontdekt dat een geavanceerde beeldtechnologie dit probleem zou kunnen oplossen, zei Ji-Xin Cheng, een universitair hoofddocent biomedische technologie en chemie aan de Purdue University.

"Het beeldvormingssysteem gebruikt een pulserende laser om energie in de nanobuisjes te deponeren, de nanobuisjes van een grondtoestand naar een aangeslagen toestand pompen, "zei hij. "Dan, een andere laser, een sonde genaamd, detecteert de aangeslagen nanobuisjes en onthult het contrast tussen metalen en halfgeleiderbuizen."

De techniek, tijdelijke absorptie genoemd, meet de "metalliciteit" van de buizen. De detectiemethode kan worden gecombineerd met een andere laser om de ongewenste metalen nanobuisjes te zappen terwijl ze van de productielijn rollen, waardoor alleen de halfgeleidende buizen overblijven.

De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een onderzoekspaper die deze week online in het tijdschrift verschijnt Fysieke beoordelingsbrieven .

Enkelwandige nanobuisjes worden gevormd door een één atoom dikke laag grafiet, grafeen genaamd, op te rollen. die uiteindelijk zou kunnen wedijveren met silicium als basis voor computerchips. Onderzoekers in de groep van Cheng, werken met nanomaterialen voor biomedische studies, waren verbaasd toen ze merkten dat de metalen nanodeeltjes en halfgeleidende nanodraden het licht anders doorlaten en absorberen na blootstelling aan de pulserende laser.

Toen onderzoeker Chen Yang, een Purdue-assistent-professor fysische chemie, suggereerde dat de methode zou kunnen worden gebruikt om de nanobuisjes te screenen op nano-elektronica.

"Als je nanocircuits maakt, je wilt alleen de halfgeleidende, dus het is erg belangrijk om een ​​methode te hebben om de metalen nanobuisjes te identificeren, ' zei Yang.

Het artikel is geschreven door Purdue natuurkunde-promovendus Yookyung Jung; biomedische technologie-onderzoeker Mikhail N. Slipchenko; Chang Hua Liu, een afgestudeerde elektrotechniekstudent aan de Universiteit van Michigan; Alexander E. Ribbe, manager van de Nanotechnology Group in Purdue's Department of Chemistry; Zhaohui Zhong, een assistent-professor elektrotechniek en informatica in Michigan; en Yang en Cheng. De onderzoekers uit Michigan maakten de nanobuisjes.

Halfgeleiders zoals silicium geleiden elektriciteit onder sommige omstandigheden, maar niet onder andere, waardoor ze ideaal zijn voor het regelen van elektrische stroom in apparaten zoals transistors en diodes.

De nanobuisjes hebben een diameter van ongeveer 1 nanometer, of ruwweg de lengte van 10 waterstofatomen aan elkaar geregen, waardoor ze veel te klein zijn om gezien te worden met een conventionele lichtmicroscoop.

"Ze kunnen worden gezien met een atoomkrachtmicroscoop, maar dit vertelt je alleen de morfologie en oppervlaktekenmerken, niet de metallische staat van de nanobuis, ' zei Chen.

De transiënte absorptiebeeldvormingstechniek is de enige snelle methode om het verschil tussen de twee soorten nanobuisjes te zien. De techniek is "labelvrij, " wat betekent dat het niet vereist dat de nanobuisjes worden gemarkeerd met kleurstoffen, waardoor het potentieel praktisch is voor productie, hij zei.

De onderzoekers voerden de techniek uit met nanobuisjes die op een glazen oppervlak waren geplaatst. Toekomstig werk zal zich richten op het uitvoeren van de beeldvorming wanneer nanobuisjes zich op een siliciumoppervlak bevinden om te bepalen hoe goed het zou werken in industriële toepassingen.

"We zijn begonnen met dit werk op een siliciumsubstraat, en de voorlopige resultaten zijn zeer goed, ' zei Chen.

Toekomstig onderzoek kan ook bestuderen hoe elektronen in individuele nanobuisjes reizen.