In de kwestie van krullend versus recht, nieuw bewijs suggereert gekrulde overwinningen - althans in de wereld van nanodraden. Onderzoekers van de Bilkent Universiteit, Ankara, Kalkoen, hebben aangetoond dat het draaien van rechte nanodraden in veren de hoeveelheid licht die de draden absorberen tot 23 procent kan verhogen. Het absorberen van meer licht is belangrijk omdat een van de toepassingen van nanodraden het omzetten van licht in elektriciteit is, bijvoorbeeld om kleine apparaten van stroom te voorzien.

De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Toegepaste optica , van The Optical Society (OSA).

Nanodraden zijn een relatief nieuwe technologie en hun volledige potentieel wordt nog steeds onderzocht. Wanneer de kleine draden zijn gemaakt van een halfgeleider zoals silicium, licht dat op de draad valt, zal elektronen uit het kristalrooster verjagen, positief geladen "gaten" achterlatend. Zowel de elektronen als de gaten bewegen door het materiaal om elektriciteit op te wekken. Hoe meer licht de draad absorbeert; hoe meer elektriciteit hij opwekt. Een apparaat dat licht omzet in elektriciteit kan als zonnecel of als fotosensor fungeren.

In 2007, Amerikaanse onderzoekers introduceerden een enkele nanodraad-fotosensor die voldoende elektriciteit uit zonlicht produceerde (tot 200 picowatt) om elektronische circuits op nanoschaal van stroom te voorzien. Recenter, een Europees onderzoeksteam bouwde een nanodraad-zonnecel met een efficiëntie van bijna 14 procent uit de verbindingen indium en fosfor. De efficiëntie is niet genoeg om de beste kristallijne siliciumzonnecellen op de markt te verslaan, maar omdat nanodraden meer oppervlakte kunnen bestrijken met minder materiaal, de nanodraad-zonnecellen zouden uiteindelijk goedkoper kunnen zijn.

"Er is een enorm potentieel op het gebied van fotosensoren op nanoschaal, " zei Mehmet Bayindir, Regisseur, Nationaal onderzoekscentrum voor nanotechnologie, Bilkent-universiteit, Ankara, Kalkoen. "Efficiëntere outputs kunnen de opkomst van een nieuwe generatie fotosensortechnologie en de uiteindelijke commercialisering van deze producten veroorzaken."

Bayindir en zijn collega Tural Khudiyev, nu een postdoctoraal medewerker aan het Massachusetts Institute of Technology, hebben ontdekt dat het aanpassen van de geometrie van de typische nanodraad een manier kan zijn om de gewenste efficiëntieverbetering te realiseren. Nanodraden zijn meestal lang, dun en recht. Door hun kleine afmetingen gaan ze anders met licht om dan gewone materialen. Bepaalde golflengten van licht komen precies overeen met de afmetingen van de nanodraad, waardoor het licht "resoneert" of rondkaatst in de draad.

Zogenaamde Mie-resonanties zijn vooral voordelig voor de nanoschaal, zei Chodiyev. De resonanties zijn genoemd naar de vroege 20e-eeuwse Duitse natuurkundige Gustav Mie, die vergelijkingen ontwikkelde om te beschrijven waarom kleine metaaldeeltjes glas-in-loodramen zo helder laten gloeien.

Mie-resonanties zullen optreden met rechte nanodraden, maar door de nanodraad in een spiraalvorm te draaien, ontdekten Bayindir en Khudiyev dat ze dubbel voordeel konden halen uit het fenomeen.

"Als de nanospringperiode overeenkomt met de Mie-resonantiepunten, er treedt een toestand van 'dubbele resonantie' op die de efficiëntie van het oogsten van licht verhoogt, ' zei Chodiyev.

Aanvullend, het naar boven draaien van de draad verkortte de lengte, bespaart tot 50 procent van het oorspronkelijke gebied.

De verbeterde efficiëntie van het oogsten van licht van nanosprings opent nieuwe mogelijkheden om apparaten op nanoschaal te bouwen die zichzelf van stroom voorzien - bijvoorbeeld sensoren om milieutoxines te detecteren of om de structurele integriteit van een brug te bewaken.

"Onze nanoveervorm induceert meer vermogen, zowel in het brede spectrumbereik als op een gewenst enkel punt (dat gemakkelijk kan worden ontworpen), en deze maken het mogelijk om meer geavanceerde nanosystemen van stroom te voorzien met een enkel op nanoveer gebaseerd fotovoltaïsch systeem, ' zei Chodiyev.

De efficiëntieverbeteringen die de onderzoekers rapporteren, zijn berekend met behulp van een geavanceerde rekentool. "Experimentele observatie van een op nanoveer gebaseerd fotosensorontwerp en de integratie ervan in een grootschalig ingebed systeem met vezels zou interessant zijn als de volgende stappen, ' zei Bayindir.

De groep heeft al een eenvoudige manier ontwikkeld om nanosprings te produceren door eerst lange nanodraadarrays te maken, ze vervolgens verhitten tot een temperatuur waarbij de arrays in de vorm van een nanoveer kunnen worden gedraaid. De techniek kan worden gevarieerd om de diameter van de veer en de strakheid van de krul te regelen.