(PhysOrg.com) -- Ingenieurs kunnen binnenkort zingen, "Ik ga dat grijs uit mijn nanodraden wassen, " dankzij een kleurrijke ontdekking door een team van onderzoekers van Harvard University en Zena Technologies. In tegenstelling tot de sombere grijze tint van siliciumwafels, Kenneth B. Crozier en collega's toonden aan dat individuele, verticale silicium nanodraden kunnen schijnen in alle kleuren van het spectrum.

De levendige weergave, afhankelijk van de diameter van de afzonderlijke draden, zelfs met het blote oog zichtbaar. Naast het toevoegen van een vleugje kleur aan het lab, de bevinding heeft potentieel voor gebruik in beeldsensorapparaten op nanoschaal, biedt meer efficiëntie en de mogelijkheid om kleur te detecteren zonder het gebruik van filters.

"Het is verrassend, " zegt Krozier, John L. Loeb Universitair hoofddocent natuurwetenschappen aan de Harvard School of Engineering and Applied Science (SEAS). "Veel mensen maken nanodraden, en je denkt echt niet zo veel aan de kleur. In deze verticale configuratie kunt u zeer sterke kleureffecten krijgen, en je kunt ze afstemmen op een reeks golflengten van het zichtbare gebied. De sterke effecten zijn zichtbaar tot op het niveau van de individuele draad."

de bevinding, gepubliceerd op 17 maart 2011, online editie van Nano Letters, kan het eerste experimentele rapport zijn dat silicium nanodraden verschillende kleuren kunnen aannemen, afhankelijk van hun diameter en onder helderveldverlichting. Eerder werk heeft aangetoond dat nanodraden verschillende kleuren kunnen aannemen, maar alleen door te kijken naar verspreide, in plaats van direct weerspiegeld, licht.

Om de veelkleurige reeks verticale silicium nanodraden te maken, de ingenieurs van Harvard en Zena Technologies gebruikten een combinatie van elektronenstraallithografie en inductief gekoppeld plasma-etsen met reactieve ionen.

Een gladde plak silicium werd met plasma geëtst totdat alles wat overbleef de verticaal uitstekende nanodraden waren, die op borstelharen van een tandenborstel lijken. Terwijl de nanodraden voor het gemak in reeksen van duizenden werden gemaakt, de kleuren die ze vertoonden waren te wijten aan de eigenschappen van de afzonderlijke draden, trouwens niet dat het licht in de groep werd verstrooid of verstrooid.

"Elke nanodraad fungeert als een golfgeleider, als een optische vezel van nanoformaat, maar een optisch absorberende, " legt Crozier uit. "Bij korte golflengten is er niet veel optische koppeling met de nanodraad. Bij lange golflengten, de koppeling is beter, maar de eigenschappen van de golfgeleider zijn zodanig dat er niet veel absorptie is. Tussenin, er is een reeks golflengten waarbij het licht wordt gekoppeld aan de nanodraad en wordt geabsorbeerd. Dit bereik wordt bepaald door de diameter van de nanodraad. We maakten nanodraden met een diameter van 90, 100, en 130 nm die rood leek, blauw en groen, respectievelijk."

Om het opmerkelijke fenomeen en het relatieve gemak van het controleren en positioneren van de kleurrijke nanodraden te demonstreren, de onderzoekers creëerden een eerbetoon op nanoschaal aan Harvard, een patroon ontwerpen dat lijkt op het Veritas-zegel van de technische school en het acroniem SEAS spellen in een regenboog van kleuren.

Hoewel het beeld van Harvard nauw overeenkwam met het zegel van de school, de gewenste kleur ontging de ingenieurs.

"We wilden het zegel eigenlijk rood maken in plaats van blauw, maar het bleek dat de diameter een beetje verkeerd was, ' zegt Krozier.

Omdat zelfs kleine veranderingen in de straal van een draad de kleur kunnen veranderen, het zegel bleek blauw te zijn, meer geschikt voor het beroemde zegel van een bepaalde andere Ivy League-instelling.

Gelukkig, de technologie heeft andere veelbelovende toepassingen. Het uiteindelijke doel van de onderzoekers is om de draden te gebruiken in beeldsensoren. Traditionele fotodetectoren in beeldsensorapparaten kunnen de intensiteit van licht meten, maar de kleur ervan niet bepalen zonder het gebruik van een extra filter, die veel van het licht weggooit, de gevoeligheid van het apparaat beperken.

De onderzoekers hopen dit aan te pakken door verticale nanodraden te fabriceren die fotodetectoren bevatten boven standaard fotodetectoren gevormd op een siliciumwafel. De nanodraad- en standaardfotodetectoren konden elk een ander deel van het spectrum van het invallende licht detecteren. Door de signalen van elk te vergelijken, de kleur kon worden bepaald zonder zoveel licht te verliezen.

"Met beeldsensoren, elk klein beetje efficiëntie telt. Bovendien, we stellen ons zelfs voor om de gekleurde draden te gebruiken om gegevens te coderen in een alleen-lezen type informatieopslag, ", voegt Crozier toe.