Een onderzoeksteam van Case Western Reserve University heeft ontdekt dat goudkatalysatoren in de vorm van een kubus, driehoek, of andere structuren van hogere orde groeien nanodraden ongeveer twee keer zo snel en twee keer zo lang in vergelijking met draden die zijn gegroeid met de meer typische bolvormige katalysatoren.

Deze bevinding kan nuttig zijn voor andere wetenschappers die nanodraden kweken om sensoren te bouwen die snel genoeg zijn om veranderingen in rode en witte bloedcellen te detecteren. Deze sensoren kunnen op hun beurt helpen bij het identificeren van verschillende vormen van kanker in het lichaam. De draden zijn zo klein - zo klein als een-5, 000ste van de breedte van een mensenhaar - ze kunnen ook worden gebruikt om de volgende generatie "onzichtbare" computerchips te bouwen.

Xuan Gao, assistent-professor natuurkunde, en R. Mohan Sankaran, universitair hoofddocent chemische technologie, beschrijven hun werk in de krant, "Vormgecontroleerde Au-deeltjes voor InAs-nanodraadgroei, " gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Hun onderzoeksteam omvatte Case Western Reserve-studenten Pin Ann Lin en Dong Liang en Hathaway Brown Upper School-student Samantha Reeves.

De onderzoekers testten de groei met zowel de preferentieel gevormde als bolvormige katalysatoren onder identieke omstandigheden om fouten in de vergelijkingen uit te sluiten.

Ze suggereren dat het lang geaccepteerde model van damp-vloeistof-vaste stof, of VLS, groei is onvolledig, en dat er meer tests nodig zijn om het proces volledig te begrijpen.

Dit is waarom:de onderzoekers ontdekten dat de nanodraden die met de driehoekige katalysator zijn gekweekt, een veel dikkere laag van het metaal Indium hebben dan het VLS-nanodraadgroeimodel voorspelt.

De bevinding suggereert een correlatie tussen de indiumconcentratie en groeibevordering. Het team deed de ontdekking toen ze elektronen naar de nanodraden straalden om röntgenstralen met hoge energie vrij te geven. een proces dat energiedispersieve röntgenspectroscopie wordt genoemd. De grootte van deze energie-uitbarstingen werd gebruikt om de chemische eigenschappen van de nanodraden te bepalen.

Om nanodraden te laten groeien, combineerden de onderzoekers elementen als indium en arseen, uit rijen 4 en 5 van het periodiek systeem der elementen. Elementen uit deze rijen binden zich aan het gouddeeltje om een ​​halfgeleider te creëren die geen grote stroom van elektrische stroom toelaat, noch de stroom ervan sterk verhindert. Dit wordt de 'bottom-up-methode' genoemd, die Gao beschrijft als 'een plant uit een zaadje laten groeien'.

Nanodraden kunnen ook "top-down" worden gemaakt met precieze sneden op een groot stuk halfgeleidend materiaal, reduceren tot een kleine structuur van draden.

Het nadeel hiervan is Sankaran legt uit, is dat snijdraden kleiner dan ongeveer 45 nm, wat de huidige standaard is in computerchips, "is onmogelijk als we een machine gebruiken. Maar als we de draden van chemische verbindingen zouden laten groeien, zouden we ze zo klein kunnen maken als 10 nm, wat betekent dat we meer draden in een kleinere ruimte kunnen plaatsen voor een grotere snelheid."

De bottom-up-methode produceert echter alleen draden in bundels, in tegenstelling tot de grote verweven structuren die worden gemaakt met de top-down-methode van snijden. De uitdaging is om chemisch gekweekte draden te combineren op een manier dat ze werken in complexe elektronica zoals computerchips of zeer gevoelige sensoren.

Zowel Gao als Sankaran beschrijven hun onderzoeksinspanningen als echt collaboratief. Sankaran maakt katalysatoren van verschillende vormen om de nanodraden te laten groeien, en Gao test de eigenschappen van deze draden en verbindt ze met mogelijke toepassingen in het veld.

Dit duo is van plan om de correlatie tussen de vorm van de katalysator en andere structurele kenmerken van de draden verder te onderzoeken om het VLS-model verder te ontwikkelen, en dichter bij de implementatie van nanodraden in nieuwe technologie komen.