24. marts 2011

Stort fremskridt i forståelsen af hvordan nanowires bliver til

Ny viden om hvorfor og hvordan nanowires tager deres form vil få stor betydning for udviklingen af fremtidens elektroniske komponenter. Ph.d. studerende Peter Krogstrup fra Nano-Science Center ved Københavns Universitet står bag ny opsigtvækkende teoretiske model.


En af de vigtigste komponenter i fremtidens små elektroniske apparater bliver formentlig baseret på nanokrystaller, som er mindre end bølgelængden på det lys vores øjne kan registrere. Nanowires, som er nogle ekstrem tynde nano-krystaltråde bliver spået til at have en dominerende rolle i disse teknologier pga. deres unikke elektriske og optiske egenskaber. Forskere over hele verden har i årevis arbejdet med at forbedre disse nanowires egenskaber. Ph.d.-studerende Peter Krogstrup ved Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet har med sin forskning skabt grundlag for en større forståelse og dermed mulig forbedring af nanowirernes ydeevne, der vil bringe forskningen tættere på anvendelse i for eksempel i udvikling af solceller og computere. I den seneste udgave af Physical Review Letters beskriver han hvorfor nanowires under nogle bestemte forhold former en krystalstruktur, som egentligt ikke burde være muligt, set fra et energimæssigt perspektiv.

- Alle krystaller vil altid forsøge at tage den form, hvor deres indre energi er mindst mulig. Det er en fysisk grundlov og ifølge den skulle disse nanowires have en kubisk krystalstruktur, men næsten altid ser vi at en stor del af strukturen bliver heksagonal, siger Peter Krogstrup, der har arbejdet med teorien de seneste år.

Katalysepartiklens form er afgørende

For at kunne forklare hvorfor og hvornår disse krystaller bliver heksagonale, har Peter i forbindelse med sin ph.d.-afhandling undersøgt formen på den katalyse partikel (en lille nano-dråbe), som styrer dyrkningen af nanowirerne. Det viser sig, at dråbens form afhænger af koncentrationen af atomer fra gruppe 3 i det periodiske system, hvilket udgør halvdelen af atomerne i krystallen. Den anden halvdel, atomer fra gruppe 5 i det periodiske system, bliver absorberet af dråben, og atomerne sætter sig af sig selv sammen i et gitter, og nanowire krystallen vokser.

-Jeg har fundet ud af, at det er dråbens form, der er afgørende for den krystalstruktur nanowirerne får, og med denne viden vil det være nemmere at forbedre nanowirernes egenskaber, siger Peter Krogstup og fortsætter:

-  Krystalstrukturen har nemlig en enorm betydning for nanowirernes elektriske og optiske egenskaber, og man vil typisk gerne have at de har en bestemt struktur, enten kubisk eller heksagonal. Jo bedre nanowires vi kan lave jo bedre elektroniske komponenter kan vi på sigt skabe til gavn for os alle, siger Peter Krogstrup, hvis forskning foregår i samarbejde med virksomheden SunFlake A/S, som holder til på Nano-Science Center ved Københavns Universitet. Virksomheden arbejder på at udvikle fremtidens solceller baseret på nanowires.


Billedtekst:
Billedeudsnit af krystalstrukturen i en InAs nanowire fotograferet med et elektron mikroskop. Den mindste afstand mellem Indium og Arsen atomerne set på billedet, illustreret med grøn og gråt, er 15 milliontedele af en millimeter. Nanowiren er vokset i pilens retning. Under væksten er nanowirens krystalstruktur skiftet fra at være hexagonal (WZ) til kubisk (ZB). Den hexagonale struktur er karakteriseret ved at retningen fra Indium til Arsen atomerne skifter fra lag til lag, mens retningen i den kubiske struktur altid er den samme.

Link til artiklen:

http://prl.aps.org/abstract/PRL/v106/i12/e125505