(Phys.org)—Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een nieuw type structuur op nanoschaal ontwikkeld die lijkt op een "nano-shish-kebab, " bestaande uit meerdere tweedimensionale nanosheets die lijken te zijn gespietst op een eendimensionale nanodraad. Maar schijn bedriegt, aangezien de nanodraad en nanosheets eigenlijk één zijn, driedimensionale structuur bestaande uit een enkele, naadloze reeks van germaniumsulfide (GeS) kristallen. De structuur is veelbelovend voor gebruik bij het creëren van nieuwe, driedimensionale (3D) technologieën.

De onderzoekers denken dat dit het eerste geconstrueerde nanomateriaal is dat eendimensionale en tweedimensionale structuren combineert waarin alle componenten een gedeelde kristallijne structuur hebben.

Door de nanodraad en nanosheets te combineren in een enkele "heterostructuur" ontstaat een materiaal met zowel een groot oppervlak als - omdat GeS een halfgeleider is - het vermogen om elektrische ladingen efficiënt over te dragen. De nanosheets zorgen voor een zeer groot oppervlak, en de nanodraad fungeert als een kanaal dat ladingen tussen de nanosheets of van de nanosheets naar een ander oppervlak kan overbrengen. Deze combinatie van functies betekent dat het kan worden gebruikt om 3D-apparaten te ontwikkelen, zoals sensoren van de volgende generatie, fotodetectoren of zonnecellen. Deze 3D-structuur kan ook nuttig zijn voor de ontwikkeling van nieuwe technologieën voor energieopslag, zoals supercondensatoren van de volgende generatie.

"We denken dat deze benadering ook kan worden gebruikt om heterostructuren zoals deze te creëren met behulp van andere materialen waarvan de moleculen vergelijkbare kristallijne lagen vormen, zoals molybdeensulfide (MoS2), " zegt Dr. Linyou Cao, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State en co-auteur van een paper over het onderzoek. "En, terwijl germaniumsulfide uitstekende fotonische eigenschappen heeft, MoS2 belooft meer voor elektronische toepassingen."

Het proces, Cao zegt, is ook aantrekkelijk omdat "het goedkoop is en kan worden opgeschaald voor industriële processen."

Om de nano-shish-kebabs te maken, de onderzoekers beginnen met het maken van een GeS-nanodraad van ongeveer 100 nanometer breed. De nanodraad wordt vervolgens blootgesteld aan lucht, het creëren van kiemplaatsen op het draadoppervlak door zwakke oxidatie. De nanodraad wordt vervolgens blootgesteld aan GeS-damp, die zich vormt in tweedimensionale nanosheets op elk van de nucleatieplaatsen.

"Onze volgende stap is om te kijken of we deze heterostructuren in andere materialen kunnen creëren, zoals MoS2, " zegt Cao. "We denken dat we het kunnen, maar we moeten het bewijzen."

De krant, "Epitaxiale Nanosheet-Nanowire Heterostructuren, " werd online gepubliceerd op 18 februari in Nano-letters .