Nanodraden beloven leds kleurrijker en zonnecellen efficiënter te maken. naast het versnellen van computers. Dat is, op voorwaarde dat de kleine halfgeleiders elektrische energie omzetten in licht, en vice versa, op de juiste golflengten. Een onderzoeksteam van het Duitse Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) is erin geslaagd nanodraden te produceren met werkende golflengten die vrij kunnen worden geselecteerd over een breed bereik - simpelweg door de schaalstructuur te veranderen. Fijnafgestelde nanodraden kunnen verschillende rollen spelen in een opto-elektronische component. Dat zou de componenten krachtiger maken, voordeliger, en gemakkelijker te integreren, zoals het team meldt Natuurcommunicatie .

Nanodraden zijn extreem veelzijdig. De minuscule elementen kunnen worden gebruikt voor geminiaturiseerde fotonische en elektronische componenten in nanotechnologie. Toepassingen zijn onder meer optische schakelingen op chips, nieuwe sensoren, LED's, zonnecellen en innovatieve kwantumtechnologieën. Het zijn de vrijstaande nanodraden die zorgen voor de compatibiliteit van recentere halfgeleidertechnologieën met conventionele op silicium gebaseerde technologieën. Omdat het contact met het siliciumsubstraat klein is, ze overwinnen typische moeilijkheden bij het combineren van verschillende materialen.

Voor hun studie die enkele jaren duurde, de onderzoekers van Dresden begonnen eerst nanodraden te kweken uit het halfgeleidermateriaal galliumarsenide op siliciumsubstraten. De volgende stap omvatte het insluiten van de flinterdunne draden in een andere laag materiaal waaraan ze als extra element indium hebben toegevoegd. Hun doel:de niet-overeenkomende kristalstructuur van de materialen was bedoeld om een ​​mechanische spanning in de draadkern te veroorzaken, die de elektronische eigenschappen van galliumarsenide verandert. Bijvoorbeeld, de halfgeleiderbandgap wordt kleiner en de elektronen worden mobieler. Om dit effect te vergroten, de wetenschappers bleven meer indium aan de schaal toevoegen, of de dikte van de schaal vergroot. Het resultaat ging ver boven verwachting.

Een bekend effect tot het uiterste doorvoeren

"Wat we deden was een bekend effect tot het uiterste doorvoeren, " legde Emmanouil Dimakis uit, leider van het onderzoek waarbij onderzoekers van HZDR betrokken waren, TU Dresden en DESY in Hamburg. "De bereikte 7 procent van de stam was enorm."

Op dit niveau van spanning, Dimakis had verwacht dat er stoornissen zouden optreden in de halfgeleiders:in hun ervaring, de draadkern buigt of er ontstaan ​​defecten. De onderzoekers zijn van mening dat de speciale experimentele omstandigheden de reden waren voor het ontbreken van dergelijke aandoeningen:ze groeiden extreem dunne galliumarsenidedraden - ongeveer vijfduizend keer fijner dan een mensenhaar. Tweede, het team slaagde erin om de draadmantel bij ongewoon lage temperaturen te produceren. Oppervlaktediffusie van atomen is dan min of meer bevroren, waardoor de schaal gelijkmatig rond de kern groeit. Het team van onderzoekers versterkte hun ontdekking door verschillende onafhankelijke reeksen metingen uit te voeren in faciliteiten in Dresden, evenals bij de zeer heldere röntgenlichtbronnen PETRA III in Hamburg en Diamond in Engeland.

De buitengewone resultaten brachten de onderzoekers ertoe om verder onderzoek te doen:"We hebben onze focus verlegd naar de vraag wat de extreem hoge spanning in de nanodraadkern veroorzaakt, en hoe dit voor bepaalde toepassingen kan worden gebruikt, "Dimakis herinnerde zich. "Wetenschappers zijn zich al jaren bewust van galliumarsenide als materiaal, maar nanodraden zijn speciaal. Een materiaal kan op nanoschaal compleet nieuwe eigenschappen vertonen."

Mogelijke toepassingen voor glasvezelnetwerken

De onderzoekers realiseerden zich dat de hoge spanning hen de bandgap van de galliumarsenide-halfgeleider liet verschuiven naar zeer lage energieën, waardoor het zelfs compatibel is met golflengten van glasvezelnetwerken. Een technologische mijlpaal. Ten slotte, dit spectrale bereik kon voorheen alleen worden bereikt via speciale legeringen die indium bevatten, die een aantal technologische problemen veroorzaakte vanwege de materiaalmix.

Om nanodraden te produceren zijn uiterst nauwkeurige methoden nodig. Vier jaar geleden, Hiervoor is bij HZDR een speciaal systeem geïnstalleerd:het laboratorium voor moleculaire bundelepitaxie. De zelfgekatalyseerde groei van nanodraden uit bundels van atomen of moleculen wordt bereikt in het laboratorium; de bundels worden onder ultrahoogvacuüm op siliciumsubstraten gericht. Emmanouil Dimakis speelde een grote rol bij het opzetten van het lab. De meeste onderzoeken die in de huidige publicatie worden vermeld, zijn uitgevoerd door Leila Balaghi in het kader van haar doctoraat.