Samtidigt som de förfinar sin nya metod för att göra nanoskala, kemister vid National Institute of Standards and Technology upptäckte en oväntad bonus-ett nytt sätt att skapa nanotrådar som producerar ljus som liknar det från ljusemitterande dioder (LED). Dessa "nano-lysdioder" kan en dag få sina ljusutsläppsförmågor att fungera och betjäna miniatyrenheter som nanogeneratorer eller lab-on-a-chip-system.

Nanotrådar "odlas" vanligtvis genom kontrollerad avsättning av molekyler - zinkoxid, till exempel - från en gas till ett basmaterial, en process som kallas kemisk ångavsättning (CVD). De flesta CVD -tekniker bildar nanotrådar som stiger vertikalt från ytan som borstar. Eftersom tråden bara kommer i kontakt med substratet i ena änden, det tenderar att inte dela egenskaper med substratmaterialet-en egenskap som är mindre än föredragen eftersom den exakta sammansättningen av nanotråden då blir svår att definiera. Vertikal tillväxt ger också en tät skog av nanotrådar, vilket gör det svårt att hitta och omplacera enskilda ledningar av överlägsen kvalitet.

För att åtgärda dessa brister, NIST-kemisterna Babak Nikoobakht och Andrew Herzing utvecklade en "ytriktad" metod för att odla nanotrådar horisontellt över substratet (se www.physorg.com/news112625999.html).

Liksom många vertikala tillväxt -CVD -metoder, NIST -tillverkningstekniken använder guld som katalysator för kristallbildning. Skillnaden är att guldet som deponeras i NIST -metoden värms upp till 900 grader Celsius (1, 652 grader Fahrenheit), omvandla den till en nanopartikel som fungerar som tillväxtställe och medium för kristallisering av zinkoxidmolekyler. När nanokristallen av zinkoxid växer, den skjuter guldnanopartikeln längs ytan av substratet (i detta experiment, galliumnitrid) för att bilda en nanotråd som växer horisontellt över substratet och så uppvisar egenskaper som starkt påverkas av dess basmaterial.

I det senaste arbetet publicerat i ACS Nano , Nikoobakht och Herzing ökade tjockleken på guldkatalysatorns nanopartikel från mindre än 8 nanometer till cirka 20 nanometer. Förändringen resulterade i nanotrådar som växte en sekundär struktur, en hajliknande "ryggfena" (kallad en "nanowall") där zinkoxiddelen är elektronrik och galliumnitriddelen är elektronfattig. Gränssnittet mellan dessa två material-känt som en p-n heterojunction-tillåter elektroner att flöda över det när nanotråd-nanowall-kombinationen laddades med elektricitet. I tur och ordning, elektronernas rörelse producerade ljus och fick forskarna att kalla det en "nano -LED".

Till skillnad från tidigare tekniker för att producera heterojunctions, NIST "ytriktad" tillverkningsmetod gör det enkelt att lokalisera enskilda heterojunctions på ytan. Denna funktion är särskilt användbar när ett stort antal heterojunctions måste grupperas i en array så att de kan laddas elektriskt som en ljusemitterande enhet.

Transmissionselektronmikroskop (TEM) undersökning av zinkoxid-galliumnitrid nanotrådar och nanoväggar avslöjade få strukturella defekter i nanotrådarna och mycket distinkta p-n heterojunctions i nanowalls, båda bekräftelserna på effektiviteten hos NIST:s "ytriktade" tillverkningsmetod.

Nikoobakht och Herzing hoppas kunna förbättra nano -lysdioderna i framtida experiment med bättre geometri och materialdesign, och sedan tillämpa dem i utvecklingen av ljuskällor och detektorer som är användbara i fotoniska enheter eller lab-on-a-chip-plattformar.