Een team van onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, heeft een grote vooruitgang geboekt in het begrijpen hoe nanodraden ontstaan. Het team, onder leiding van professor Peidong Yang, gebruikte een combinatie van experimentele en theoretische technieken om de groei van silicium nanodraden te bestuderen. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, bieden nieuwe inzichten in de fundamentele mechanismen die de vorming van nanodraden bepalen.

Nanodraden zijn kleine, eendimensionale structuren met een breed scala aan potentiële toepassingen in de elektronica, optica en andere gebieden. Hun groei en controle zijn echter beperkt door ons begrip van de onderliggende fysica.

De doorbraak van het Berkeley-team kwam toen ze zich realiseerden dat de groei van silicium nanodraden wordt beheerst door een competitie tussen twee tegengestelde krachten:oppervlakte-energie en elastische energie. Oppervlakte-energie is de energie die geassocieerd is met het oppervlak van de nanodraad, terwijl elastische energie de energie is die geassocieerd is met de vervorming van de kristalstructuur van de nanodraad.

Wanneer de oppervlakte-energie hoog is, zal de nanodraad de neiging hebben om in een gladde, cilindrische vorm te groeien. Wanneer de elastische energie echter hoog is, zal de nanodraad de neiging hebben om in een gefacetteerde vorm te groeien, met platte zijden en scherpe randen.

De onderzoekers ontdekten dat de balans tussen oppervlakte-energie en elastische energie kan worden gecontroleerd door de groeiomstandigheden. Door de temperatuur, druk en samenstelling van de groeiomgeving te variëren, waren ze in staat silicium nanodraden te laten groeien met een verscheidenheid aan verschillende vormen en maten.

De bevindingen van het team bieden een nieuw raamwerk voor het begrijpen van de groei van nanodraden. Dit raamwerk zal onderzoekers in staat stellen nanodraden met de gewenste eigenschappen voor specifieke toepassingen te ontwerpen en te laten groeien.

Het vermogen om de groei van nanodraden te beheersen is een grote stap voorwaarts in de ontwikkeling van nanotechnologie. Er wordt verwacht dat nanodraden een sleutelrol zullen spelen in toekomstige technologieën, zoals geavanceerde elektronica, zonnecellen en medische apparatuur.

Referentie

Peidong Yang et al. "Concurrentie tussen oppervlakte-energie en elastische energie bij de groei van siliciumnanodraden." Natuur 456, 218 (2008).