Ingeniører skaber levende farver i lodrette silicium -nanotråde

(a) 30º vippet SEM -billede af lodret silicon -nanotrådsmønster. Nanotrådernes radier varierer fra 35 nm til 75 nm, og nanotrådens længde er ~ 1 µm. Bogstaver S (venstre), E, EN, og S (højre) hver omfatter nanotråde med radius på 70 nm, 60 nm, 50 nm og 40 nm, henholdsvis. (b) Optisk mikroskopbillede af lysfelt af mønster. Gradvis farveændring opnås ved gradvis ændring af nanotrådsradier. (c) Forstørret billede af det valgte område angivet med den hvide firkant på panel b. Hver blå plet er en enkelt nanotråd. (d) 30º vippet SEM -billede af Bayer filtermønster. Mønsteret består af lodrette silicium nanotråde med radius på 45 nm, 50 nm, og 65 nm, der repræsenterer rød, blå, og grønne farver, henholdsvis. Indsats:forstørret SEM -billede. Målestang er 1 µm. (e) Optisk mikroskopbillede af lysfelt af mønster. Hver nanotråd viser en farve, der kan kontrolleres ved passende valg af dens radius. Kredit:Hilsen af Ken Crozier og Kwanyong Seo, Harvard School of Engineering and Applied Sciences

(PhysOrg.com) - Ingeniører kan snart synge, "Jeg vil vaske den grå lige ud af mine nanotråde, "takket være en farverig opdagelse af et team af forskere fra Harvard University og Zena Technologies. I modsætning til den dystre grå nuance af siliciumskiver, Kenneth B. Crozier og kolleger demonstrerede, at den enkelte, lodrette silicium nanotråde kan skinne i alle farver i spektret.

Det pulserende display, afhængig af diameteren på de enkelte ledninger, er endda synlig for det blotte øje. Ud over at tilføje et stænk farve til laboratoriet, fundet har potentiale til brug i nanoskala billedsensorenheder, tilbyder øget effektivitet og evnen til at registrere farve uden brug af filtre.

"Det er overraskende, "siger Crozier, John L. Loeb Lektor i naturvidenskab ved Harvard School of Engineering and Applied Science (SEAS). "Mange mennesker laver nanotråde, og du tænker virkelig ikke så meget på farven. I denne lodrette konfiguration kan du få meget stærke farveeffekter, og du kan indstille dem over en række bølgelængder i det synlige område. De stærke effekter kan ses helt ned til niveauet for den enkelte ledning. "

Fundet, offentliggjort den 17. marts 2011, online udgave af Nano Letters, kan være den første eksperimentelle rapport om, at silicium-nanotråde kan antage forskellige farver afhængigt af deres diameter og under lysfeltbelysning. Tidligere arbejde har vist, at nanotråde kan antage forskellige farver, men kun ved at se på spredte, frem for direkte reflekteret, lys.

For at oprette det flerfarvede udvalg af lodrette silicium -nanotråde, ingeniørerne ved Harvard og Zena Technologies brugte en kombination af elektronstråle litografi og induktivt koblet plasma reaktiv ion ætsning.

En glat wafer af silicium blev plasma -ætset, indtil der kun var de lodret fremstående nanotråde, ligner børster på en tandbørste. Mens nanotråde blev oprettet i arrays af tusinder for nemheds skyld, de farver, de udviste, skyldtes de enkelte ledningers egenskaber, ikke ved den måde lys blev spredt eller diffraktioneret i gruppen.

(a) Lodret firkantet array af silicium -nanotråd. Samlet omfang af nanotråd array er 100 µm med 100 µm. Nanowire -pitch er 1 µm. Set ovenfra (b) og 30 º skråt (c) af nanotråde. (d) Forstørret skrå visning af nanotråd array. Nanotråde har en radius på 45 nm og er 1 µm lange. Kredit:Hilsen af Ken Crozier og Kwanyong Seo, Harvard School of Engineering and Applied Sciences.

"Hver nanotråd fungerer som en bølgeleder, som en optisk fiber i nanostørrelse-men en optisk absorberende fiber, "forklarer Crozier." Ved korte bølgelængder er der ikke meget optisk kobling til nanotråden. Ved lange bølgelængder, koblingen er bedre, men bølgelederens egenskaber er sådan, at der ikke er meget absorption. Ind i mellem, der er en række bølgelængder, hvor lyset kobles til nanotråden og absorberes. Dette område bestemmes af nanotrådens diameter. Vi lavede nanotråde med en diameter på 90, 100, og 130 nm, der virkede rødt, blå og grøn, henholdsvis."

For at demonstrere det bemærkelsesværdige fænomen og den relative lette kontrol og positionering af de farverige nanotråde, forskerne skabte en hyldest i nanoskala til Harvard, designe et mønster, der ligner ingeniørskolens Veritas -segl og stave akronymet SEAS i en regnbue af farver.

Mens Harvard -billedet tæt matchede skolens segl, den ønskede farve undgik ingeniørerne.

"Vi ville faktisk gøre sælen rød frem for blå, men det viste sig, at diameteren var en lille smule forkert, "siger Crozier.

Da selv små ændringer i radius af en ledning kan ændre farven, seglet viste sig at være blåt, mere egnet til det berømte segl fra en bestemt anden Ivy League -institution.

Heldigvis, teknologien har andre lovende applikationer. Forskernes endelige mål er at bruge ledningerne i billedsensorer. Traditionelle fotodetektorer i billedsensorenheder kan måle lysets intensitet, men ikke bestemme dens farve uden brug af et ekstra filter, som smider meget af lyset, begrænser enhedens følsomhed.

Forskerne håber at løse dette ved at fremstille lodrette nanotråde, der indeholder fotodetektorer over standard fotodetektorer dannet på en siliciumskive. Nanotråden og standard fotodetektorer kunne hver detektere en anden del af spektret af det indfaldende lys. Ved at sammenligne signalerne fra hver, farven kunne bestemmes uden at miste så meget af lyset.

"Med billedsensorer, hver lille smule effektivitet tæller. I øvrigt, vi forestiller os endda at bruge de farvede ledninger til at kode data i en skrivebeskyttet type informationslager, "tilføjer Crozier.

Sidste artikelNanokrystal doping forbedrer halvleder nanokrystaller

Næste artikelGennembrud for MRSA -behandling fundet