Halfgeleider-nanodraden zijn quasi-eendimensionale nanomaterialen die veel belangstelling hebben gewekt als een van de krachtigste en meest veelzijdige nanotechnologische bouwstenen met daadwerkelijke of potentiële impact op nano-elektronica, fotonica, elektromechanica, milieuvriendelijke energieomzetting, biodetectie, en neuro-engineeringtechnologieën.

Bottom-up synthese van nanodraden door middel van metaal-gekatalyseerde dampfase-epitaxie is een zeer aantrekkelijk proces om hoogwaardige nanodraden te genereren en biedt zo een extra mate van vrijheid bij het ontwerpen van innovatieve apparaten die verder gaan dan wat haalbaar is met de huidige technologieën. In dit nanofabricageproces, nanodraden groeien door de condensatie van atomen die vrijkomen uit een moleculaire damp (precursoren genoemd) aan het oppervlak van metalen nanodruppeltjes. Goud wordt veel gebruikt om deze nanodruppeltjes te vormen. Deze zelfassemblage van nanodraden vindt spontaan plaats bij optimale temperatuur en dampdruk en kan worden toegepast om elk type halfgeleider nanodraden te synthetiseren. Echter, om deze nanomaterialen te functionaliseren staat een precieze introductie van onzuiverheden centraal om hun elektronische en optische eigenschappen af ​​te stemmen. Bijvoorbeeld, de introductie van groep III en V onzuiverheden in een siliciumrooster is een cruciale stap voor optimaal ontwerp en prestaties van silicium nanodraadtechnologieën. De nauwkeurige controle van dit dopingproces blijft een uitstekende uitdaging die steeds complexer wordt als gevolg van de niet-aflatende drang naar miniaturisatie van apparaten en de opkomst van nieuwe nanoschaal-apparaatarchitecturen.

In een recente ontwikkeling, een team van wetenschappers van Polytechnique Montréal (Canada), Northwestern University (VS), en Max Planck Institute of Microstructure Physics (Duitsland) onder leiding van professor Oussama Moutanabbir heeft een fascinerende ontdekking gedaan van een nieuw proces om nanodraden nauwkeurig te functionaliseren. Door aluminium als katalysator te gebruiken in plaats van het canonieke goud, het team toonde aan dat de groei van nanodraden een zelfdoteringsproces in gang zet waarbij aluminiumatomen worden geïnjecteerd, waardoor een efficiënte route wordt geboden om nanodraden te dopen zonder de noodzaak van nagroeiverwerking die doorgaans wordt gebruikt in de halfgeleiderindustrie. Naast de technologische implicaties, deze zelfdoping impliceert processen op atomaire schaal die cruciaal zijn voor het fundamentele begrip van de katalytische assemblage van nanodraden. De wetenschappers onderzochten dit fenomeen op atomistisch niveau met behulp van de opkomende techniek van zeer gerichte ultraviolette laser-geassisteerde atoom-sonde tomografie om driedimensionale atoom-voor-atoom kaarten van individuele nanodraden te verkrijgen. Er werd ook een nieuwe voorspellende theorie van onzuiverheidsinjecties ontwikkeld om dit zelfdopingfenomeen te beschrijven, wat talloze mogelijkheden biedt om een ​​geheel nieuwe klasse van nanoschaalapparaten te creëren door de vorm en samenstelling van nanodraden nauwkeurig aan te passen.

De resultaten van hun doorbraak worden gepubliceerd in Natuur .