Danske nanotråde med stort potentiale

Danske nanofysikere har udviklet ny metode til at fremstille grundstenen i nanoteknologisk forskning – nanotråde. Opdagelsen har store perspektiver for fremstilling af nanoelektronik og højeffektive solceller.

Det er ph.d.-studerende Peter Krogstrup, Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, som udviklede metoden under sit speciale:

- Vi har ændret på bageopskriften til fremstilling af nanotråde. Det betyder, at vi kan fremstille nanotråde, der indeholder to forskellige halvledere, nemlig galliumindiumarsenid og indiumarsenid. Det er et stort gennembrud, fordi vi for første gang på nanoskala kan kombinere de gode egenskaber ved de to materialer og dermed opnå nye muligheder for fremtidens elektronik, siger Peter Krogstrup.

Vi kan fange mere af solens lys
I dag er der kun ca. 1 % af verdens elektricitet, vi henter fra solens energi. Det skyldes, at det er svært at omdanne solenergi til el. Forskerne opnår store fordele ved at blande forskellige halvledere i samme nanotråd.

- Forskellige materialer fanger energi fra solen i forskellige og helt specifikke absorptionsområder. Når vi fremstiller nanotråde af galliumindiumarsenid og indiumarsenid, som har hvert sit absoptionsområde, kan de tilsammen fange energi i et meget bredere område.

Derfor kan vi i fremtiden udnytte mere af solens energi, hvis vi fremstiller nanotråde af de to halvledere og bruger dem til solceller, siger Peter Krogstrup.

Nanotrådene af galliumindiumarsenid og indiumarsenid har også stort potentiale inden for nanoelektronik. De kan for eksempel bruges i de nye OLED skærme og i lysdioder. Men det kræver, at der er knivskarpe overgange mellem de to materialer i nanotrådene.

Nanotråd fremstillet af de to halvledere galliumindiumarsenid (GaInAs) og indiumarsenid (InAs) med guld (Au) som katalysator. Til højre en skematisk illustration af den nye dyrkningsmetode, hvor halvledermaterialerne kan bevæge sig både via toppen af gulddråben (VD) og via gulddråbens underside (IFD). Af Peter Krogstrup, Nano-Science Center, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Ingen bløde overgange
Dyrkningen af nanotråde foregår i et vacuumkammer. Forskerne lægger en gulddråbe ovenpå en tynd skive bestående af halvlederen, og nanotrådene gror op nede fra. I overgangene mellem de to halvledermaterialer skete der tidligere en opblanding mellem materialerne i gulddråben, og der blev en blød overgang mellem materialerne. Med den nye metode kan materialerne både gå via toppen af gulddråben eller via gulddråbens underside. Når materialet kommer via undersiden, sker der ikke en opblanding af halvledermaterialerne. Derfor kommer der en skarp overgang på atomniveau mellem galliumindiumarsenid og indiumarsenid

- Denne skarpe overgang mellem de to halvledere er nødvendig for, at strømmen – i form af elektroner, kan rejse med høj effektivitet mellem de to materialer. Hvis overgangen er blød, kan elektronerne lettere blive fanget i grænseområdet. De nye blandende nanotråde kan blive til gavn for mange områder inden for nanoforskningen rundt omkring i verden, siger Peter Krogstrup, der har arbejdet ved det danske III-V Nanolab, der drives i samarbejde mellem Københavns Universitet og Danmarks Tekniske Universitet.

Et samarbejde mellem firmaet SunFlake A/S og Højteknologifonden er blevet skudt i gang i denne uge. SunFlake A/S bruger nanotråde til at udvikle prototyper af solceller og de kan få glæde af den nye metode i deres videre arbejde. Nanofysikernes opdagelse er netop blevet offentliggjort i ansete videnskabelige tidsskrift Nano Letters.

Kontakt
Ph.d.-studerende Peter Krogstrup, Nano-Science Center (www.nano.ku.dk), Niels Bohr Instituttet (www.nbi.ku.dk), Københavns Universiet på mail: krogstrup@fys.ku.dk eller mobil: 26 71 51 91

Kommunikationsmedarbejder Gitte Frandsen, Nano-Science Center (www.nano.ku.dk), Københavns Universitet på mail: gf@nano.ku.dk eller mobil: 28 75 04 58

Link til videnskabelig artikel: Junctions in Axial III−V Heterostructure Nanowires Obtained via an Interchange of Group III Elements, Nano Letters https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/nl901348d

Læs artikel på Videnskab.dk, 4. november
Læs artikel i Ingeniøren, 16. november