Een gouden vlinder op nanoschaal biedt een preciezere route voor het kweken / synthetiseren van halfgeleiders van nanoformaat die kunnen worden gebruikt in nanolasers en andere toepassingen.

Onderzoekers van de Universiteit van Hokkaido hebben een unieke aanpak bedacht om halfgeleiders van nanoformaat op een metalen oppervlak te maken. De details van de methode werden gerapporteerd in het tijdschrift Nano-letters en zou verder onderzoek kunnen doen naar de fabricage van licht- en energiestralers op nanoschaal.

De aanpak, ontwikkeld door Hokkaido University's Research Institute for Electronic Science en Hokkai-Gakuen University, omvat het genereren van gelokaliseerde warmte op een gouden nanodeeltje in een vlindervormige nanostructuur. De hitte veroorzaakt hydrothermische synthese waarbij halfgeleidend zinkoxide kristalliseert op het gouden nanodeeltje.

Wetenschappers hebben manieren onderzocht om halfgeleiders van nanoformaat voorzichtig op metaaldeeltjes te plaatsen om ze te gebruiken in nanolasing en nanolithografie, bijvoorbeeld. Maar de huidige methoden missen precisie of zijn te duur.

De door het Japanse team ontwikkelde aanpak lost deze problemen op.

Het team voerde eerst simulaties uit om de optimale omstandigheden te bepalen voor het nauwkeurig regelen van de opwekking van warmte in nanostructuren. Ze gebruikten een fenomeen genaamd oppervlakteplasmonresonantie, een proces dat licht gedeeltelijk omzet in warmte in metalen materialen.

Volgens de simulaties een vlindervormige nanostructuur bestaande uit twee ruitvormige gouddeeltjes die aan weerszijden van een gouden nanostaafje zijn geplaatst, zou tot optimale omstandigheden leiden. In dit systeem, de nanostaaf, of het lichaam van de vlinder, werkt als een nanoverwarmer met behulp van een specifiek gepolariseerd licht. Na het draaien van de lichtpolarisatie 90 graden, de ruitdeeltjes, of de vleugels van de vlinder, zou moeten werken als een antenne om licht te verzamelen op subgolflengteplekken in de halfgeleiderhuid van de vlinder.

Om deze theorie te testen, ze fabriceerden de gouden vlinder en plaatsten deze in water in een glazen kamer. Een oplossing gemaakt van gelijke delen zinknitraathexahydraat en hexamethyleentetramine werd aan de kamer toegevoegd, die vervolgens werd verzegeld en op een microscopisch podium werd geplaatst. Toen het laserlicht op het systeem in de kamer scheen, de nanostaaf warmde op en halfgeleidende zinkoxidedeeltjes kristalliseerden langs het oppervlak zoals ze verwachtten.

Dit toonde aan dat de vlindervormige gouden nano-antenne precies kan bepalen waar plasmon-geassisteerde hydrothermische synthese plaatsvindt, waardoor de gelokaliseerde vorming van halfgeleiders op nanoschaal mogelijk is.

"Verder onderzoek zal naar verwachting leiden tot de ontwikkeling van krachtige lichtbronnen van nanoformaat, hoogst efficiënte foto-elektrische omzettingsapparaten, en fotokatalysatoren, ", zegt Keiji Sasaki van het onderzoeksteam van Hokkaido University. "Het zou ook kunnen leiden tot toepassingen in halfgeleiderelektronica en optische kwantuminformatieverwerking."