Nanoteknologi omdanner molekylære stråler til funktionelle nano-enheder med kontrollerede atomarkitekturer

Halvleder nanotråde er kvasi-endimensionale nanomaterialer, der har udløst en stigning i interesse som en af ​​de mest kraftfulde og alsidige nanoteknologiske byggesten med faktisk eller potentiel indvirkning på nanoelektronik, fotonik, elektromekanik, miljøvenlig energiomstilling, biosensering, og neurotekniske teknologier.

Bottom-up syntese af nanotråde gennem metal-katalyseret dampfase epitaxy er en meget attraktiv proces til at generere nanotråde af høj kvalitet og dermed give en yderligere grad af frihed i design af innovative enheder, der rækker ud over, hvad der kan opnås med de nuværende teknologier. I denne nanofremstillingsproces, nanotråde vokser gennem kondensering af atomer frigivet fra en molekylær damp (kaldet forstadier) på overfladen af ​​metalliske nanodråber. Guld bruges stort set til at danne disse nanodråber. Denne selvsamling af nanotråde finder sted spontant ved optimal temperatur og damptryk og kan anvendes til at syntetisere enhver form for halvleder nanotråde. Imidlertid, for at funktionalisere disse nanomaterialer er en præcis introduktion af urenheder central for at justere deres elektroniske og optiske egenskaber. For eksempel, introduktionen af ​​urenheder fra gruppe III og V i et siliciumgitter er et afgørende skridt for optimal design og ydeevne af silicium nanotrådteknologier. Den nøjagtige kontrol af denne dopingproces er fortsat en enestående udfordring, der i stigende grad er kompleks som følge af den ubarmhjertige drivkraft mod enhedens miniaturisering og fremkomsten af ​​nye nanoskalaudstyrsarkitekturer.

I en nylig udvikling, et team af forskere fra Polytechnique Montréal (Canada), Northwestern University (USA), og Max Planck Institute of Microstructure Physics (Tyskland) ledet af professor Oussama Moutanabbir har gjort en fascinerende opdagelse af en ny proces for præcist at funktionalisere nanotråde. Ved at bruge aluminium som katalysator i stedet for det kanoniske guld, teamet demonstrerede, at væksten af ​​nanotråde udløser en selvdopingproces, der involverer indsprøjtning af aluminiumatomer, hvilket giver en effektiv vej til at dope nanotråde uden behov for eftervækstbehandling, der typisk bruges i halvlederindustrien. Udover de teknologiske konsekvenser, denne selvdoping indebærer atomskala-processer, der er afgørende for den grundlæggende forståelse af den katalytiske samling af nanotråde. Forskerne undersøgte dette fænomen på atomistisk niveau ved hjælp af den nye teknik med meget fokuseret ultraviolet laserassisteret atom-sonde tomografi for at opnå tredimensionelle atom-for-atom-kort over individuelle nanotråde. En ny forudsigende teori om urenhedsinjektioner blev også udviklet til at beskrive dette selvdopingfænomen, hvilket giver utallige muligheder for at skabe helt nye klasser af nanoskalaenheder ved præcist at skræddersy nanotråders form og sammensætning.

Resultaterne af deres gennembrud vil blive offentliggjort i Natur .