Nanotrådsproduktionens hellige gral

Nanotråde har potentialet til at revolutionere teknologien omkring os. Måler kun 5-100 nanometer i diameter (en nanometer er en milliontedel af en millimeter), disse små, nåleformede krystallinske strukturer kan ændre, hvordan elektricitet eller lys passerer gennem dem.

De kan udsende, koncentrere og absorbere lys og kunne derfor bruges til at tilføje optiske funktioner til elektroniske chips. De kunne, for eksempel, gøre det muligt at generere lasere direkte på siliciumchips og at integrere enkeltfoton-emittere til kodningsformål. De kunne endda anvendes i solpaneler for at forbedre, hvordan sollys omdannes til elektrisk energi.

Indtil nu, det var umuligt at reproducere processen med at dyrke nanotråde på siliciumhalvledere - der var ingen måde at gentagne gange producere homogene nanotråde i specifikke positioner. Men forskere fra EPFL's Laboratory of Semiconductor Materials, drevet af Anna Fontcuberta i Morral, sammen med kolleger fra MIT og IOFFE Institute, har fundet frem til en måde at dyrke nanowire-netværk på på en meget kontrolleret og fuldt reproducerbar måde. Nøglen var at forstå, hvad der sker ved begyndelsen af ​​nanotrådvækst, hvilket går imod de nuværende teorier. Deres arbejde er udgivet i Naturkommunikation .

"Vi tror, ​​at denne opdagelse vil gøre det muligt realistisk at integrere en række nanotråde på siliciumsubstrater, " siger Fontcuberta i Morral. "Hidtil har disse nanotråde skulle dyrkes individuelt, og processen kunne ikke reproduceres."

At få det rigtige forhold

Standardprocessen til fremstilling af nanotråde er at lave små huller i siliciummonoxid og fylde dem med en nanodråbe flydende gallium. Dette stof størkner derefter, når det kommer i kontakt med arsen. Men med denne proces, stoffet har en tendens til at hærde i hjørnerne af nanohullerne, hvilket betyder, at den vinkel, som nanotrådene vil vokse i, ikke kan forudsiges. Der blev søgt efter en måde at producere homogene nanotråde og kontrollere deres position.

Forskning rettet mod at kontrollere produktionsprocessen har haft en tendens til at fokusere på hullets diameter, men denne tilgang har ikke givet pote. Nu har EPFL-forskere vist, at ved at ændre diameter-til-højde-forholdet af hullet, de kan perfekt kontrollere, hvordan nanotrådene vokser. I det rigtige forhold, stoffet vil størkne i en ring rundt om kanten af ​​hullet, som forhindrer nanotrådene i at vokse i en ikke-vinkelret vinkel. Og forskernes proces burde fungere for alle typer nanotråde.

"Det er lidt som at dyrke en plante. De har brug for vand og sollys, men du skal have de rigtige mængder, " siger Fontcuberta i Morral.

Denne nye produktionsteknik vil være en velsignelse for forskning i nanotråd, og yderligere prøver bør snart udvikles.