Bordene vender, mens naturen efterligner kunst

Der er eksempler på kunst, der efterligner naturen overalt omkring os - hvad enten det er Monets pastelfarvede åkander eller Chihulys glasblæste havformer, den menneskelige opfattelse af naturfænomener blænder, men overrasker ikke ofte.

Men da lektor i fysik Latika Menon kiggede under elektronmikroskopet sidste efterår, hun opdagede det stik modsatte. I stedet for at kunst efterligner naturen, hun fandt, at naturen efterlignede kunst.

Menon voksede op i den østlige region af Indien og var vagt bekendt med en kulturdans fra den vestlige delstat Rajasthan kendt som Bhavai-potdansen. Kvikke dansere svajer med hofterne, mens en høj stabel bredmavede potter balancerer forsigtigt oven på deres hoveder. Tilbage i laboratoriet på Northeastern, Menons team skabte for nylig galliumnitrid nanotråde, som havde en slående lighed med den stak af potter.

Hvad mere er, en postdoktoral forskningsmedarbejder i Menons laboratorium, Eugen Panaitescu, hoppede med på vognen med en egen kulturel kunstreference. Panaitescu, der kommer fra Rumænien, så også sit lands berømte endeløse søjle afspejlet i nanotrådene. Dedikeret til de faldne rumænske helte fra Første Verdenskrig, Constantin Brancusis 96 fod høje monolit er konstrueret af 17 tredimensionelle romber, periodisk vaklende fra en bredere omkreds til en smallere.

Men de nordøstlige forskeres nanotråde er ikke kun bemærkelsesværdige for deres æstetiske appel. Galliumnitrid bruges på tværs af en række teknologier, inklusive mest allestedsnærværende i lysemitterende dioder. Materialet rummer også et stort potentiale for solcellearrays, magnetiske halvledere, højfrekvente kommunikationsenheder, og mange andre ting. Men disse avancerede applikationer er begrænset af vores begrænsede evne til at kontrollere materialets vækst på nanoskalaen.

Det, der gør Menons nanotråde smukke, repræsenterer et gennembrud i hendes evne til at bearbejde dem til disse nye formål. Hun afsatte små dråber flydende guldmetal på et siliciumsubstrat, som fungerer som katalysatorer til at gribe gasformigt galliumnitrid fra atmosfæren i det eksperimentelle system. Nettokræfterne mellem den lille gulddråbe, det faste underlag, og gassen får nanotråden til at vokse i en bestemt retning, forklarede hun. Afhængig af størrelsen af ​​guldkatalysatoren, hun kan skabe ledninger, der udviser periodiske takker.

"Det prøver først at vokse udad, men det giver guldet en større overflade, " sagde hun. "Så nu bliver tråden trukket i retning indad, og så får guldet et mindre overfladeareal, så den vokser udad igen." Denne indadgående og udadgående vækst gentog sig igen og igen for at skabe en periodisk struktur, der er næsten 6 millioner gange mindre end den endeløse søjle og er væsentligt mere lovende for dens brug i avancerede enheder.

"At der er meget lidt implementering af nanotrådsteknologi i elektronik eller optiske enheder, skyldes det faktum, at det er meget svært at kontrollere deres form og dimensioner, " sagde Menon. Men nu hvor hun har en meget enkel måde at kontrollere væksten på, det næste trin er at kontrollere størrelsen af ​​den katalytiske dråbe, som hun starter med.

En anden fordel ved Menons tilgang er at bruge, hvad Panaitescu kaldte "makroskopiske teknikker" til at skabe materialer i nanoskala, dermed gør det skalerbart og billigt. "Vi kontrollerer bare nogle få parametre og forlader det, lad det gøre det er naturligt, " forklarede Menon.