En forskargrupp vid Case Western Reserve University har funnit att guldkatalysatorer formade i form av en kub, triangel, eller andra strukturer av högre ordning växer nanotrådar ungefär dubbelt så snabbt och dubbelt så länge jämfört med trådar som odlas med de mer typiska sfäriskt formade katalysatorerna.
Denna upptäckt kan vara användbar för andra forskare som odlar nanotrådar att bygga sensorer tillräckligt snabbt för att upptäcka förändringar i röda och vita blodkroppar. Dessa sensorer kan i sin tur hjälpa till att identifiera olika former av cancer i kroppen. Trådarna är så små-så små som en-5, 000:e bredden på ett människohår - de kan också användas för att bygga nästa generation "osynliga" datorchips.
Xuan Gao, biträdande professor i fysik, och R. Mohan Sankaran, docent i kemiteknik, beskriv deras arbete i tidningen, "Formstyrda Au-partiklar för InAs Nanowire-tillväxt, "publicerad i tidningen Nano bokstäver .
Deras forskargrupp omfattade studenter från Case Western Reserve, Pin Ann Lin och Dong Liang och Hathaway Brown Upper School -studenten Samantha Reeves.
Forskarna testade tillväxt med hjälp av både de preferensformade och sfäriska katalysatorerna under identiska förhållanden för att utesluta fel i jämförelserna.
De föreslår att den länge accepterade modellen av ånga-vätska-fast, eller VLS, tillväxten är ofullständig, och att fler tester behövs för att till fullo förstå processen.
Här är varför:forskarna fann att nanotrådarna som odlas med den triangulära katalysatorn har ett mycket tjockare lager av metallindium än VLS nanotrådstillväxtmodell förutspår.
Fyndet tyder på ett samband mellan indiumkoncentration och tillväxtförbättring. Teamet gjorde upptäckten när de strålade elektroner vid nanotrådarna för att släppa röntgenstrålar med hög energi, en process som kallas energidispersiv röntgenspektroskopi. Storleken på dessa energisprängningar användes för att bestämma kemiska egenskaper hos nanotrådarna.
För att odla nanotrådar, forskarna kombinerade element som indium och arsenik, från raderna 4 och 5 i det periodiska systemet. Element från dessa rader binder till guldpartikeln för att skapa en halvledare som varken tillåter stort flöde av elektrisk ström eller i hög grad förhindrar dess flöde. Detta kallas "bottom-up-metoden" som Gao beskriver som verkligen att "odla en växt från ett frö."
Nanotrådar kan också göras "uppifrån och ner" med exakta snitt på en stor bit av halvledande material, reducera den till en liten struktur av trådar.
Nackdelen med detta, Sankaran förklarar, är att skärtrådar mindre än runt 45 nm, som är den nuvarande standarden för datorchips, "är omöjligt om vi använder en maskin. Men om vi skulle odla trådarna från kemiska föreningar kunde vi göra dem så små som 10 nm, vilket innebär att vi kunde passa fler trådar i ett mindre utrymme för större hastighet. "
Nedifrån-upp-metoden producerar emellertid endast trådar i buntar i motsats till de stora sammanvävda strukturerna som görs från skär-upp-och-ner-metoden. Utmaningen är att kombinera kemiskt odlade ledningar på ett sätt som fungerar i komplex elektronik, till exempel datorchips eller högkänsliga sensorer.
Både Gao och Sankaran beskriver sina forskningsinsatser som verkligt samarbetsvilliga. Sankaran tillverkar katalysatorer av olika former för att odla nanotrådarna, och Gao testar egenskaperna hos dessa trådar och ansluter dem till möjliga användningsområden i fältet.
Denna duo planerar att fortsätta utforska sambandet mellan katalysatorform och andra strukturella egenskaper hos trådarna för att vidareutveckla VLS -modellen, och gå närmare att implementera nanotrådar i ny teknik.
