Nieuwe inzichten in waarom en hoe nanodraden de vorm aannemen die ze hebben, zullen ingrijpende gevolgen hebben voor de ontwikkeling van toekomstige elektronische componenten. PhD-student Peter Krogstrup van het Nano-Science Center van het Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen zit achter het sensationele nieuwe theoretische model, die is ontwikkeld in samenwerking met onderzoekers van CINAM-CNRS in Marseille. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift, Fysieke beoordelingsbrieven .

Een van de belangrijkste componenten in toekomstige elektronische apparaten zal waarschijnlijk gebaseerd zijn op nanokristallen, die kleiner zijn dan de golflengte van het licht dat onze ogen kunnen waarnemen. nanodraden, die extreem dunne nanokristaldraden zijn, wordt voorspeld dat ze een overheersende rol spelen in deze technologieën vanwege hun unieke elektrische en optische eigenschappen. Onderzoekers over de hele wereld werken al jaren aan het verbeteren van de eigenschappen van deze nanodraden.

Met zijn onderzoek Promovendus Peter Krogstrup aan het Niels Bohr Instituut, Universiteit van Kopenhagen heeft de basis gelegd voor een beter begrip van nanodraden. Met dat komt het potentieel voor het verbeteren van hun prestaties, waardoor het onderzoek dichter bij toepassing in de ontwikkeling van zonnecellen en computers komt. In de laatste editie van Physical Review Letters beschrijft hij hoe, onder bepaalde omstandigheden, nanodraden vormen een kristalstructuur die eigenlijk niet mogelijk zou moeten zijn, gezien vanuit een energieperspectief.

"Kristalen zullen altijd proberen de vorm aan te nemen waarin hun interne energie zo min mogelijk is. Het is een basiswet van de natuurkunde en volgens deze nanodraden zouden deze een kubische kristalstructuur moeten hebben, maar we zien bijna altijd dat een groot deel van de structuur zeshoekig is", legt Peter Krogstrup uit, die de afgelopen jaren met de theorie heeft gewerkt.

De vorm van de katalysatordeeltjes is de sleutel

Om uit te leggen waarom en wanneer deze kristallen hexagonaal worden, Peter Krogstrup heeft, als onderdeel van zijn proefschrift, onderzocht de vorm van het katalysatordeeltje (een klein nanodruppeltje), die de groei van de nanodraden regelt. Het blijkt dat de vorm van de druppel afhangt van het aantal atomen uit groep 3 in het periodiek systeem, die de helft van de atomen in het nanodraadkristal vormen. De andere helft, atomen uit groep 5 in het periodiek systeem, worden geabsorbeerd door de druppel en daarom organiseren de atomen zichzelf in een rooster, en het nanodraadkristal zal groeien.

"We hebben aangetoond dat het de vorm van de druppel is, die bepaalt wat voor soort kristalstructuur de nanodraden krijgen en met deze kennis zal het gemakkelijker zijn om de eigenschappen van de nanodraden te verbeteren", legt Peter Krogstrup uit en vervolgt:

"De kristalstructuur heeft een enorme invloed op de elektrische en optische eigenschappen van de nanodraden en je zou normaal gesproken willen dat ze een bepaalde structuur hebben, ofwel kubisch of zeshoekig. Hoe betere nanodraden we kunnen maken, hoe betere elektronische componenten we kunnen maken in het voordeel van ons allemaal", zegt Peter Krogstrup, wiens onderzoek wordt uitgevoerd in samenwerking met de firma SunFlake A/S, die is gevestigd in het Nano-Science Center van het Niels Bohr Institute, Universiteit van Kopenhagen. Het bedrijf werkt aan de ontwikkeling van zonnecellen van de toekomst op basis van nanodraden.