Onderzoekers van de Universiteit van Valencia hebben een techniek ontwikkeld om de individuele polariteiten van honderden halfgeleidende nanodraden in een enkele, tijdbesparend proces. Onder leiding van Ana Cros, directeur van het Materials Science Institute (ICMUV) van de Universitat de València (UV), de studie vormt een grote stap voorwaarts in zowel ons begrip als de toepassing van deze structuren, omdat hun polariteit de eigenschappen definieert van apparaten gemaakt van.

Halfgeleidende nanodraden zijn structuren met een diameter van slechts tientallen nanometers met een typische lengte-breedteverhouding van ongeveer 1000 - zoals een mensenhaar, slechts duizend keer kleiner. Zozeer zelfs dat ze vaak eendimensionale materialen worden genoemd, en inderdaad hebben ze veel interessante eigenschappen die niet worden gezien in grotere 3D-materialen. Halfgeleidende nanodraden behoren momenteel tot de meest bestudeerde nanometrische structuren en vormen de basisbouwstenen voor een reeks opto-elektronische apparaten die bronnen, licht detecteren en regelen, zoals lichtdetectoren, emitters en nanosensoren.

Tot nu, het bepalen van hun polariteit vereiste dat de nanodraden één voor één werden geanalyseerd als onderdeel van een complex en tijdrovend proces. Deze nieuwe techniek maakt gebruik van een microscoop met atoomsterkte en een Kelvin-sonde om minuscule krachten te detecteren en de elektrische eigenschappen van het oppervlak van het monster te meten. In combinatie met geavanceerde data-analyse, deze metingen onthullen de polariteiten van honderden nanodraden tegelijk.

Ana Cros biedt ons een analogie:"Onze microscoop onderzoekt het oppervlak van het monster op dezelfde manier als een blinde zijn omgeving verkent:hij gebruikt een sonde als stok, een idee krijgen van oppervlakte-eigenschappen op basis van veranderingen in trillingen. Het verschil tussen de microscoop en de stok is dat de punt extreem scherp is. Als we dan de elektrische lading toevoegen, we zijn in staat om de elektrische eigenschappen van het oppervlak van zeer kleine objecten te meten zonder ze zelfs maar aan te raken."

Bekend als Kelvin probe force microscopie (KPFM), deze techniek heeft het mogelijk gemaakt om de individuele polariteiten van meer dan 100 nanodraden tegelijk te bepalen. Nuria Garro, onderzoeker bij het ICMUV, legt uit:"Wat vroeger dagen duurde - de nanodraden één voor één moeten selecteren en uiteindelijk het monster vernietigen - duurt nu een kwestie van uren, zonder enige schade aan het monster".

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters en werd samen met de Universiteit van Murcia uitgevoerd, de Universiteit van Grenoble en de Franse Commissie voor Atoomenergie. Het vormt een van de belangrijkste bevindingen van een nieuwe onderzoekslijn die is geopend bij ICMUV voor de studie van opto-elektronische processen in geavanceerde materialen en oppervlakken. Het werd uitgevoerd als onderdeel van het Europese project NANOWIRING (FP7-People) en werd in Valencia geleid door Núria Garro.