Dessa tvärsnitts elektronmikroskopbilder visar en kvantbrunnars nanotråds sexkantiga fasetter och kristallkvalitet (vänster), och elektronkoncentration i dess hörn. Ett team av forskare vid University of Cincinnati har upptäckt en ny struktur i en halvledar nanotråd med unika egenskaper. Upphovsman:Howard Jackson, universitetet i Cincinnati
Det finns stora nyheter i världen av små saker. Ny forskning ledd av University of Cincinnati fysikprofessorer Howard Jackson och Leigh Smith kan bidra till bättre sätt att utnyttja solenergi, mer effektiva luftkvalitetssensorer eller ännu starkare säkerhetsåtgärder mot biologiska vapen som mjältbrand. Och allt börjar med något som är 1, 000 gånger tunnare än det typiska människohåret - en halvledar nanotråd.
UC's Jackson, Smed, nyutexaminerad doktorand Melodie Fickenscher och fysikdoktorand Teng Shi, liksom flera kollegor från hela USA och runt om i världen har nyligen publicerat forskningsrapporten "Optical, Strukturella och numeriska undersökningar av GaAs/AlGaAs Core-Multishell Nanowire Quantum Well Tubes "i Nano bokstäver , en ledande tidskrift om nanovetenskap och nanoteknik publicerad av American Chemical Society. I tidningen, teamet rapporterar att de har upptäckt en ny struktur i en halvledar nanotråd med unika egenskaper.
"Denna typ av struktur i galliumarsenid/aluminium galliumarsenidsystemet hade inte uppnåtts tidigare, "Jackson säger." Det är nytt när det gäller var du hittar elektroner och hål, och rumsligt är det en ny struktur. "
Ögon på storlek och svängande elektroner
Dessa små strukturer kan ha stor effekt på en mängd olika tekniker. Halvledare står i centrum för modern elektronik. Datorer, Tv och mobiltelefoner har dem. De är gjorda av den kristallina formen av element som har vetenskapligt fördelaktiga elektriska konduktivitetsegenskaper. Många halvledare är gjorda av kisel, men i detta fall är de gjorda av galliumarsenid. Och även om utbredd användning av dessa tunna nanotrådar i nya enheter fortfarande kan finnas runt hörnet, nyckeln till att göra detta till verklighet under de kommande åren är vad som finns i hörnet.
Genom att använda ett tunt skal som kallas ett kvantbrunnstubbe och växa det - till cirka 4 nanometer tjockt - runt nanotrådskärnan, forskarna fann att elektroner i nanotråden distribuerades på ett ovanligt sätt i förhållande till det sexkantiga rörets fasetter. En närmare titt på hörnen på rörets fasetter avslöjade något oväntat - en hög koncentration av markstatens elektroner och hål.
Teng Shi, vänster, och Melodie Fickenscher, University of Cincinnati, genomföra ett experiment med nanotrådar i labbet som en del av Howard Jacksons forskningsprojekt. Upphovsman:Howard Jackson
"Att ha facetten spelar verkligen roll. Det förändrar bollspelet, "Jackson säger." Genom att justera kvantbrunnens rörbredd kan du styra energin - vilket hade kunnat förväntas - men dessutom har vi funnit att det finns ett mycket lokaliserat jordtillstånd i hörnen som sedan kan ge upphov till riktiga kvantnanotrådar. "
Nanotrådarna som teamet använder för sin forskning odlas vid Australian National University i Canberra, Australien - en partner i detta projekt som sträcker sig till olika delar av världen.
Påverkar vetenskapen om små i stort
Teamets upptäckt öppnar en ny dörr för ytterligare studier av den grundläggande fysiken för halvledarnanor. När det gäller att leda till framsteg inom teknik som fotovoltaiska celler, Jackson säger att det är för tidigt att säga, eftersom kvant -nanotrådar just nu utforskas. Men i en värld där hundratals dollar i teknik packas in i en 5-till-2,5-tums iPhone, det är inte svårt att se hur liten men kraftfull vetenskap kommer till en premie.
Teamet vid UC är ett av bara ett halvt dussin i USA som bedriver konkurrenskraftig forskning inom området. Det är en relativt ung disciplin, för, Jackson säger, och en som går fort. För sådan innovativ vetenskap, han säger att det är viktigt med ett samarbete. Teamet innehåller forskare från forskningscentra i Mellanvästern, västkusten och hela vägen ner:UC, Miami University of Ohio och Sandia National Laboratories i Kalifornien här i USA; och Monash University och Australian National University i Australien.
Teamets ansträngningar är ett annat exempel på hur UC inte bara sticker ut som en ledare inom toppklassig vetenskap, men också för att forma disciplinens framtid genom att ge sina studenter högkvalitativa utbildnings- och forskningsmöjligheter.
"Vi utbildar studenter i toppmoderna tekniker i toppmoderna material som gör toppmodern fysik, "Säger Jackson." När de avslutade sin utbildning här, de är positionerade att gå ut och göra egna bidrag. "
