Nanoskalafysik ligger til grund for ny telekommunikationsteknologi

University of Wollongong fysikere har opdaget ny adfærd af materialer, der kunne forbedre telekommunikationsteknologi.

Fra fiberoptiske kabler, der leverer højhastighedsinternet til laser øjenkirurgi, videnskabsmænds evne til at manipulere grundlæggende lyspartikler (fotoner) revolutionerer vores verden.

Nye udviklinger inden for fotoniske enheder er afhængige af grundlæggende fysik og kompleks kemi for at udvinde den maksimale effektivitet og følsomhed over for lyspartikler.

Det er på nanoskalaen, at forskere fra UOW's School of Physics har opdaget en ny metode til at konstruere nanotråde til brug som halvledere - grundlaget for al moderne elektronik.

Ph.d.-studerende Julian Steele sagde, at præcisionssamlingen af ​​halvledere på nanoskala undergik en eksplosion af interesse i videnskabelige kredse, på grund af deres løfte om at bygge avancerede elektroniske og fotoniske enheder.

"Kontrol over disse små strukturer er vigtig for at bestemme deres endelige anvendelser, " sagde Julian. "Jo mere kontrol vi har over et bredere udvalg af materialer, jo mere udvider vi paletten af ​​funktionelle designmuligheder, der er tilgængelige for ingeniører."

Siliciumbaserede enheder er i øjeblikket de mest udbredte til telekommunikation og kredsløbselementer. Meget længere nede i det periodiske system af grundstoffer er et eksotisk grundstof kaldet vismut.

Når det tilsættes til grundstofferne gallium og arsenid, den tungere vismut modstår at trænge ind i gallium-arsenid-krystallen og samler sig på overfladen i små dråber.

"Disse dråber fungerer som en katalysator for væksten af ​​nanostrukturer, som i dette tilfælde viste sig at samle sig selv i form af spor, Julian forklarede. "Selve nanosporene blev dyrket af vores samarbejdspartnere i Storbritannien og USA, som faktisk forsøgte at dyrke solide tyndfilmsmaterialer.

"Vi var i stand til at tilføje til arbejdet med at forstå, hvad vi så, og hvorfor sporene blev dannet. Problemet med at forsøge at forstå, hvordan nanosporets form er dannet, er det faktum, at der kun eksisterer en håndfuld teoretiske modeller til at beskrive, hvordan de vokser, og ingen, der forklarer vores usædvanlige former."

"Vores arbejde foreslår også en ny type vækstmodel i detaljer. En simulering baseret på modellen har fantastisk overensstemmelse med vores eksperiment og giver indsigt i den psykiske oprindelse af nogle af de mere eksotiske træk, der observeres i disse nanospor."

Et kritisk træk ved arbejdet er selvsamlingsprocessen. I det rigtige miljø, materialerne vil aggregere og danne strukturer uden ekstern interferens eller retning.

Selvmontering, når forstået, kan anvendes til at forenkle og fremskynde konstruktionen af ​​komplekse materialer ved hjælp af nanotråde, fører til avancerede applikationer.

Dette kunne omfatte nye enheder som f.eks. fladskærme, der er tyndere end tilgængelige i øjeblikket; højeffektive solceller, der kan integreres på overflader såsom det ydre af en bil; og nanotrådsbatterier, der kan holde op til 10 gange opladningen af ​​eksisterende lithium-ion-batterier.

"På grund af det prisskilt, der i øjeblikket er knyttet til deres fremstilling, videnskaben om nanotråde er stadig i laboratorieverdenen, " sagde Julian.

"På samme måde som udviklingen af ​​nye materialer sidst i det 20. århundrede var med til at realisere vores nuværende teknologiske tidsalder - fra smartphones til førerløse biler - er den næste grænse, hvordan man samler disse materialer på nanoskala for at udnytte småskalaen. fysik (kvantemekanik), for øget effektivitet og funktion."

Forskningen blev publiceret for nylig i det højtydende nanoteknologiske tidsskrift Nanoskala .