Nanodraden hebben het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de technologie om ons heen. Met een diameter van slechts 5-100 nanometer (een nanometer is een miljoenste van een millimeter), deze kleine, naaldvormige kristallijne structuren kunnen veranderen hoe elektriciteit of licht er doorheen gaat.

Ze kunnen uitzenden, licht te concentreren en te absorberen en zou daarom kunnen worden gebruikt om optische functionaliteiten toe te voegen aan elektronische chips. Zij konden, bijvoorbeeld, maken het mogelijk om lasers direct op siliciumchips te genereren en om single-photon emitters te integreren voor coderingsdoeleinden. Ze kunnen zelfs worden toegepast in zonnepanelen om de omzetting van zonlicht in elektrische energie te verbeteren.

Tot nu toe, het was onmogelijk om het proces van het groeien van nanodraden op siliciumhalfgeleiders te reproduceren - er was geen manier om herhaaldelijk homogene nanodraden op specifieke posities te produceren. Maar onderzoekers van EPFL's Laboratory of Semiconductor Materials, gerund door Anna Fontcuberta i Morral, samen met collega's van MIT en het IOFFE Institute, hebben een manier bedacht om nanodraadnetwerken op een zeer gecontroleerde en volledig reproduceerbare manier te laten groeien. De sleutel was om te begrijpen wat er gebeurt bij het begin van nanodraadgroei, wat indruist tegen de huidige geaccepteerde theorieën. Hun werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

"We denken dat deze ontdekking het mogelijk zal maken om op realistische wijze een reeks nanodraden op siliciumsubstraten te integreren, " zegt Fontcuberta i Morral. "Tot nu toe, deze nanodraden moesten individueel worden gekweekt, en het proces kon niet worden gereproduceerd."

De juiste verhouding krijgen

Het standaardproces voor het produceren van nanodraden is om kleine gaatjes in siliciummonoxide te maken en deze te vullen met een nanodruppel vloeibaar gallium. Deze stof stolt vervolgens wanneer het in contact komt met arseen. Maar met dit proces de stof heeft de neiging uit te harden op de hoeken van de nanogaatjes, wat betekent dat de hoek waaronder de nanodraden zullen groeien niet kan worden voorspeld. Er werd gezocht naar een manier om homogene nanodraden te produceren en hun positie te controleren.

Onderzoek gericht op het beheersen van het productieproces heeft de neiging zich te concentreren op de diameter van het gat, maar deze aanpak heeft niet zijn vruchten afgeworpen. Nu hebben EPFL-onderzoekers aangetoond dat door de diameter-tot-hoogteverhouding van het gat te veranderen, ze kunnen perfect bepalen hoe de nanodraden groeien. In de juiste verhouding, de substantie zal stollen in een ring rond de rand van het gat, die voorkomt dat de nanodraden in een niet-loodrechte hoek groeien. En het proces van de onderzoekers zou moeten werken voor alle soorten nanodraden.

"Het is een beetje zoals het kweken van een plant. Ze hebben water en zonlicht nodig, maar je moet de hoeveelheden goed hebben, " zegt Fontcuberta i Morral.

Deze nieuwe productietechniek zal een zegen zijn voor nanodraadonderzoek, en er zouden binnenkort nog meer monsters moeten worden ontwikkeld.