Er is groot nieuws in de wereld van kleine dingen. Nieuw onderzoek onder leiding van de natuurkundeprofessoren Howard Jackson en Leigh Smith van de Universiteit van Cincinnati zou kunnen bijdragen aan betere manieren om zonne-energie te benutten. effectievere luchtkwaliteitssensoren of zelfs strengere veiligheidsmaatregelen tegen biologische wapens zoals miltvuur. En het begint allemaal met iets dat 1 is 000 keer dunner dan het typische mensenhaar - een halfgeleider nanodraad.

Jackson van UC, Smit, pas afgestudeerde promovendus Melodie Fickenscher en promovendus natuurkunde Teng Shi, evenals verschillende collega's uit de hele VS en over de hele wereld hebben onlangs het onderzoekspaper "Optical, Structurele en numerieke onderzoeken van GaAs/AlGaAs Core-Multishell Nanowire Quantum Well Tubes" in Nano-letters , een vooraanstaand tijdschrift over nanowetenschap en nanotechnologie, gepubliceerd door de American Chemical Society. In de krant, het team meldt dat ze een nieuwe structuur hebben ontdekt in een halfgeleider nanodraad met unieke eigenschappen.

"Dit soort structuur in het galliumarsenide/aluminium galliumarsenidesysteem was nog niet eerder bereikt, Jackson zegt. "Het is nieuw in termen van waar je de elektronen en gaten vindt, en ruimtelijk is het een nieuwe structuur."

Ogen op grootte en elektronen in bochten

Deze kleine structuren kunnen een groot effect hebben op een verscheidenheid aan technologieën. Halfgeleiders vormen de kern van moderne elektronica. Computers, Tv's en mobiele telefoons hebben ze. Ze zijn gemaakt van de kristallijne vorm van elementen die wetenschappelijk gunstige elektrische geleidbaarheidseigenschappen hebben. Veel halfgeleiders zijn gemaakt van silicium, maar in dit geval zijn ze gemaakt van galliumarsenide. En hoewel wijdverbreid gebruik van deze dunne nanodraden in nieuwe apparaten misschien nog steeds om de hoek ligt, de sleutel om dat resultaat de komende jaren te realiseren, is wat er in de hoek staat.

Door een dunne schil, een kwantumputbuis genaamd, te gebruiken en deze - tot ongeveer 4 nanometer dik - rond de nanodraadkern te laten groeien, de onderzoekers ontdekten dat elektronen in de nanodraad op een ongebruikelijke manier waren verdeeld ten opzichte van de facetten van de zeshoekige buis. Een nauwkeurige blik op de hoeken van de facetten van de buis onthulde iets onverwachts:een hoge concentratie van grondtoestandselektronen en gaten.

"Het hebben van facetten is echt belangrijk. Het verandert het balspel, Jackson zegt. "Door de breedte van de kwantumbronbuis aan te passen, kun je de energie regelen - wat zou zijn verwacht - maar daarnaast hebben we ontdekt dat er een sterk gelokaliseerde grondtoestand is op de hoeken die dan kan leiden tot echte kwantumnanodraden. "

De nanodraden die het team voor zijn onderzoek gebruikt, worden gekweekt aan de Australian National University in Canberra, Australië – een partner in dit project dat zich uitstrekt tot verschillende delen van de wereld.

De wetenschap van het kleine op een grote manier beïnvloeden

De ontdekking van het team opent een nieuwe deur naar verdere studie van de fundamentele fysica van halfgeleider nanodraden. Wat betreft het leiden tot technologische vooruitgang, zoals fotovoltaïsche cellen, Jackson zegt dat het te vroeg is om te zeggen, omdat kwantumnanodraden nu pas worden onderzocht. Maar in een wereld waar honderden dollars aan technologie zijn verpakt in een iPhone van 5 bij 2,5 inch, het is niet moeilijk om te zien hoe kleine maar krachtige wetenschap op de eerste plaats komt.

Het team van UC is een van de slechts ongeveer een half dozijn in de VS die competitief onderzoek in het veld uitvoert. Het is een relatief jonge discipline, te, Jackson zegt, en een die snel beweegt. Voor dergelijke innovatieve wetenschap, hij zegt dat het belangrijk is om samen te werken. Het team bestaat uit wetenschappers van onderzoekscentra in het Midwesten, de westkust en helemaal Down Under:UC, Miami University of Ohio en Sandia National Laboratories in Californië hier in de VS; en Monash University en de Australian National University in Australië.

De inspanningen van het team zijn een ander voorbeeld van hoe UC niet alleen opvalt als leider in eersteklas wetenschap, maar ook bij het vormgeven van de toekomst van de discipline door haar studenten hoogwaardige onderwijs- en onderzoeksmogelijkheden te bieden.

"We leiden studenten op in state-of-the-art technieken op state-of-the-art materialen met state-of-the-art fysica, ', zegt Jackson. 'Na het voltooien van hun opleiding hier, ze zijn gepositioneerd om uit te gaan en hun eigen bijdragen te leveren."