Forskere elsker trekanter:Formede katalysatorer gnister længere, hurtigere voksende, regelbrudte nanotråde

Et forskerhold ved Case Western Reserve University har fundet ud af, at guldkatalysatorer formet i form af en terning, trekant, eller andre strukturer af højere orden vokser nanotråde omtrent dobbelt så hurtigt og dobbelt så lang sammenlignet med ledninger dyrket med de mere typiske sfærisk formede katalysatorer.

Dette fund kan vise sig nyttigt for andre forskere, der dyrker nanotråde, at bygge sensorer hurtigt nok til at registrere ændringer i røde og hvide blodlegemer. Disse sensorer kan igen hjælpe med at identificere forskellige former for kræft i kroppen. Ledningerne er så små-så små som en-5, 000. bredden på et menneskehår - de kunne også bruges til at bygge den næste generation af "usynlige" computerchips.

Xuan Gao, adjunkt i fysik, og R. Mohan Sankaran, lektor i kemiteknik, beskrive deres arbejde i avisen, "Formstyrede Au-partikler til InAs Nanowire-vækst, "offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver .

Deres forskerhold omfattede Case Western Reserve -kandidatstuderende Pin Ann Lin og Dong Liang og Hathaway Brown Upper School -studerende Samantha Reeves.

Forskerne testede vækst ved hjælp af både de præferentielt formede og sfæriske katalysatorer under identiske forhold for at udelukke fejl i sammenligningerne.

De foreslår, at den længe accepterede model af damp-væske-fast stof, eller VLS, vækst er ufuldstændig, og at der er brug for flere tests for at forstå processen fuldt ud.

Her er hvorfor:forskerne fandt ud af, at de nanotråde, der dyrkes med den trekantede katalysator, har et meget tykkere lag af metalindium end VLS -nanotrådens vækstmodel forudsiger.

Fundet tyder på en sammenhæng mellem indiumkoncentration og vækstforbedring. Teamet fandt opdagelsen, da de strålede elektroner ved nanotråde for at frigive høj energi røntgenstråler, en proces kaldet energispredende røntgenspektroskopi. Størrelsen af ​​disse energiudbrud blev brugt til at bestemme kemiske egenskaber for nanotråde.

For at dyrke nanotråde, forskerne kombinerede elementer som indium og arsen, fra rækker 4 og 5 i det periodiske system af elementer. Elementer fra disse rækker binder sig til guldpartiklen for at skabe en halvleder, der hverken tillader stor strøm af elektrisk strøm eller i høj grad forhindrer dens strømning. Dette kaldes "bottom-up-metoden", som Gao beskriver som virkelig "at dyrke en plante fra et frø."

Nanotråde kan også laves "top-down" med præcise snit på et stort stykke halvledende materiale, reducere det til en lille struktur af ledninger.

Ulempen ved dette, Sankaran forklarer, er at skære ledninger mindre end omkring 45 nm, som er den nuværende standard inden for computerchips, "er umuligt, hvis vi bruger en maskine. Men hvis vi skulle dyrke ledningerne fra kemiske forbindelser, kunne vi gøre dem så små som 10 nm, hvilket betyder, at vi kunne passe flere ledninger i et mindre rum for større hastighed. "

Men bottom-up metoden producerer imidlertid kun tråde i bundter i modsætning til de store sammenvævede strukturer fremstillet fra top-down-skæremetoden. Udfordringen er at kombinere kemisk dyrkede ledninger på måder, hvor de fungerer i kompleks elektronik, såsom computerchips eller meget følsomme sensorer.

Både Gao og Sankaran beskriver deres forskningsindsats som virkelig samarbejde. Sankaran laver katalysatorer af forskellige former til dyrkning af nanotråde, og Gao tester egenskaberne af disse ledninger og forbinder dem med mulige anvendelser i feltet.

Denne duo planlægger at fortsætte med at undersøge sammenhængen mellem katalysatorform og andre strukturelle egenskaber ved ledningerne for yderligere at udvikle VLS -modellen, og gå tættere på at implementere nanotråde i ny teknologi.