Individuele atomen kunnen elektronische eigenschappen maken of breken in een van 's werelds kleinste bekende geleiders:quantum nanodraden. Microscopische analyse in het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy levert een zeldzame blik op hoe de atomaire structuur van de geleidende nanodraden hun elektronische gedrag beïnvloedt.

De microscopie van het ORNL-team bevestigde dat opzettelijk defecten werden geïntroduceerd, die slechts de grootte hebben van een enkel atoom, zou een geleidende nanodraad in een isolator kunnen veranderen door het pad van elektronen af ​​te sluiten. Onder leiding van ORNL's An-Ping Li, het onderzoeksteam gebruikte multi-sonde scanning tunneling microscopie om nanodraden te analyseren die zijn gemaakt van een materiaal dat gadoliniumsilicide wordt genoemd.

"Dit type eendimensionale geleider zal naar verwachting een fundamenteel onderdeel zijn in alle kwantumelektronische architecturen, " zei Li, een onderzoekswetenschapper bij ORNL's Centre for Nanophase Materials Science. "Een voordeel van GdSi2-nanodraden is dat ze compatibel zijn met conventionele siliciumtechnologie en dus gemakkelijker te implementeren zijn in nano-elektronische apparaten."

Het onderzoek, gepubliceerd in de American Chemical Society's Nano-letters , is de eerste gecorreleerde studie die elektronenbeweging koppelt aan structurele elementen zoals enkelpuntsdefecten of onzuiverheden die opzettelijk in de nanodraden zijn gegroeid.

"Als een dirigent zo klein wordt, het zal erg gevoelig zijn voor atomaire defecten op de nanodraad, " zei Li. "Als de geleider of de draad groot is, elektronen kunnen altijd een manier vinden om rond te gaan. Maar met zo'n kleine nanodraad, elektronen kunnen niet ontsnappen. Als je maar een paar defecten aan deze nanodraad aanbrengt, je kunt de geleiding afsnijden en een geleider omzetten in een isolator."

Hoewel enkele nanodraden de overgang van metaal naar isolator vertoonden, het ORNL-team observeerde ander gedrag in bundels nanodraden opgebouwd uit twee, drie of meer draden gescheiden door slechts enkele angstrom.

"Als je bundels bij elkaar legt, de interwire-koppeling heeft over het algemeen een stabiliserend effect op de structuur wat op zijn beurt leidt tot een betere geleiding, ' zei Li.