3-D visning af 1-D nanostrukturer

Halvleder galliumnitrid nanotråde viser stort løfte i den næste generation af nano- og optoelektroniske systemer. For nylig, forskere ved McCormick School of Engineering har fundet nye piezoelektriske egenskaber ved nanotrådene, der kunne gøre dem mere anvendelige i selvdrevne nanoenheder.

Kun 100 nanometer i diameter, nanotråde betragtes ofte som endimensionelle. Men forskere ved Northwestern University har for nylig rapporteret, at individuelle galliumnitrid nanotråde viser stærk piezoelektricitet - en type ladningsgenerering forårsaget af mekanisk stress - i tre dimensioner.

Fundene, ledet af Horacio Espinosa, James N. og Nancy J. Farley professor i fremstilling og entreprenørskab ved McCormick School of Engineering and Applied Science, blev offentliggjort online 22. december in Nano bogstaver .

Galliumnitrid (GaN) er blandt de mest teknologisk relevante halvledende materialer og er allestedsnærværende i dag i optoelektroniske elementer såsom blå lasere (deraf blue-ray disc) og lysemitterende dioder (LED'er). For nylig, nanogeneratorer baseret på GaN nanotråde blev demonstreret i stand til at omdanne mekanisk energi (såsom biomekanisk bevægelse) til elektrisk energi.

"Selvom nanotråde er endimensionelle nanostrukturer, nogle egenskaber – såsom piezoelektricitet, den lineære form for elektromekanisk kobling - er tredimensionelle i naturen, " sagde Espinosa. "Vi troede, at disse nanotråde skulle vise piezoelektricitet i 3D, og sigtede på at opnå alle de piezoelektriske konstanter for individuelle nanotråde, svarende til bulkmaterialet."

Resultaterne afslørede, at individuelle GaN nanotråde så små som 60 nanometer viser piezoelektrisk adfærd i 3D op til seks gange deres bulk modstykke. Da den genererede ladning skalerer lineært med piezoelektriske konstanter, dette fund tyder på, at nanotråde er op til seks gange mere effektive til at omdanne mekanisk til elektrisk energi.

For at få målingerne, forskere anvendte et elektrisk felt i forskellige retninger i en enkelt nanotråd og målte små forskydninger, ofte inden for picometer (10-12 m) rækkevidde. Gruppen udtænkte en metode baseret på scanning-probe-mikroskopi, der udnytter højpræcisions forskydningsmålingsevne i et atomkraftmikroskop.

"Målingerne var meget udfordrende, da vi var nødt til nøjagtigt at måle forskydninger 100 gange mindre end størrelsen af ​​brintatomet, " sagde Majid Minary, en postdoc og studiets hovedforfatter.

Disse resultater er spændende, især i betragtning af den nylige demonstration af nanogeneratorer baseret på GaN nanotråde, til strømforsyning af selvdrevne nanoenheder.