Halvledare galliumnitrid nanotrådar visar mycket lovande i nästa generations nano- och optoelektroniska system. Nyligen, forskare vid McCormick School of Engineering har hittat nya piezoelektriska egenskaper hos nanotrådarna som kan göra dem mer användbara i självdrivna nanoenheter.

Bara 100 nanometer i diameter, nanotrådar anses ofta vara endimensionella. Men forskare vid Northwestern University har nyligen rapporterat att individuella galliumnitrid nanotrådar visar stark piezoelektricitet - en typ av laddningsgenerering orsakad av mekanisk stress - i tre dimensioner.

Resultaten, ledd av Horacio Espinosa, James N. och Nancy J. Farley professor i tillverkning och entreprenörskap vid McCormick School of Engineering and Applied Science, publicerades online 22 december Nanobokstäver .

Galliumnitrid (GaN) är bland de mest tekniskt relevanta halvledande materialen och finns idag överallt i optoelektroniska element som blå lasrar (därav blåstråleskivan) och lysdioder (LED). På senare tid, nanogeneratorer baserade på GaN nanotrådar visades kunna omvandla mekanisk energi (som biomekanisk rörelse) till elektrisk energi.

"Även om nanotrådar är endimensionella nanostrukturer, vissa egenskaper – som piezoelektricitet, den linjära formen av elektromekanisk koppling - är tredimensionell till sin natur, " sa Espinosa. "Vi trodde att dessa nanotrådar skulle visa piezoelektricitet i 3D, och syftar till att erhålla alla piezoelektriska konstanter för individuella nanotrådar, liknande bulkmaterialet. "

Resultaten avslöjade att individuella GaN nanotrådar så små som 60 nanometer visar piezoelektriskt beteende i 3D upp till sex gånger sin bulkmotsvarighet. Eftersom den genererade laddningen skalar linjärt med piezoelektriska konstanter, Detta fynd antyder att nanotrådar är upp till sex gånger effektivare när det gäller att omvandla mekanisk till elektrisk energi.

För att få mätningarna, forskare applicerade ett elektriskt fält i olika riktningar i en enda nanotråd och mätte små förskjutningar, ofta inom picometer (10-12 m) räckvidd. Gruppen utarbetade en metod baserad på skanningsprobmikroskopi som utnyttjar högprecisionsförskjutningsmätkapaciteten hos ett atomkraftmikroskop.

"Mätningarna var mycket utmanande, eftersom vi behövde noggrant mäta förskjutningar 100 gånger mindre än storleken på väteatomen, sade Majid Minary, en postdoktor och huvudförfattare till studien.

Dessa resultat är spännande, särskilt med tanke på den senaste demonstrationen av nanogeneratorer baserade på GaN -nanotrådar, för drivning av självförsörjande nanoenheter.