University of Wollongong fysiker har upptäckt nya beteenden hos material som kan förbättra telekommunikationsteknik.

Från fiberoptiska kablar som levererar höghastighetsinternet till ögonlaserkirurgi, forskares förmåga att manipulera grundläggande ljuspartiklar (fotoner) revolutionerar vår värld.

Nya utvecklingar inom fotoniska enheter förlitar sig på grundläggande fysik och komplex kemi för att extrahera maximal effektivitet och känslighet för ljuspartiklar.

Det är i nanoskala som forskare från UOW:s fysikskola har upptäckt en ny metod för att konstruera nanotrådar för användning som halvledare – grunden för all modern elektronik.

Doktoranden Julian Steele sa att precisionsmonteringen av halvledare på nanoskala genomgick en explosion av intresse för vetenskapliga kretsar, på grund av deras löfte om att bygga avancerade elektroniska och fotoniska enheter.

"Kontroll över dessa små strukturer är viktigt för att bestämma deras slutliga tillämpningar, "Sa Julian." Ju mer kontroll vi har över ett större materialutbud, ju mer vi utökar paletten av funktionella designalternativ som är tillgängliga för ingenjörer."

Kiselbaserade enheter är för närvarande de mest använda för telekommunikation och kretselement. Mycket längre ner i det periodiska systemet med element finns ett exotiskt element som kallas vismut.

När de läggs till grundämnena gallium och arsenid, den tyngre vismuten motstår att komma in i gallium-arsenidkristallen och samlas på ytan i små droppar.

"Dessa droppar fungerar som en katalysator för tillväxt av nanostrukturer, som i detta fall visade sig självmontera i form av spår, ", förklarade Julian. "Själva nanospåren odlades av våra samarbetspartners i Storbritannien och USA, som faktiskt försökte odla fasta tunnfilmsmaterial.

"Vi kunde lägga till arbetet med att förstå vad vi såg och varför spåren bildades. Problemet med att försöka förstå hur nanospårsformen bildas är det faktum att det bara finns en handfull teoretiska modeller för att beskriva hur de växer, och ingen som förklarar våra ovanliga former."

"Vårt arbete föreslår också en ny typ av tillväxtmodell i detalj. En simulering baserad på modellen har en fantastisk överensstämmelse med vårt experiment och ger insikter om det psykiska ursprunget till några av de mer exotiska egenskaperna som observerats i dessa nanotracks."

Ett kritiskt inslag i arbetet är självmonteringsprocessen. I rätt miljö, materialen kommer att aggregera och bilda strukturer utan yttre störningar eller riktning.

Självmontering, när man förstår, kan tillämpas för att förenkla och påskynda konstruktionen av komplexa material med hjälp av nanotrådar, leder till avancerade applikationer.

Detta kan inkludera nya enheter som platta skärmar som är tunnare än vad som är tillgängligt för närvarande; högeffektiva solceller som kan integreras på ytor som utsidan av en bil; och nanotrådsbatterier som kan hålla upp till 10 gånger laddningen av befintliga litiumjonbatterier.

"På grund av prislappen som för närvarande är fäst vid deras tillverkning, vetenskapen om nanotrådar finns fortfarande kvar i laboratoriernas värld, sa Julian.

"På samma sätt som utvecklingen av nya material sent på 1900-talet bidrog till att förverkliga vår nuvarande teknikålder - från smartphones till förarlösa bilar - nästa gräns är hur man sätter ihop dessa material i nanoskala för att utnyttja småskalighet fysik (kvantmekanik), för ökad effektivitet och funktion."

Forskningen publicerades nyligen i tidskriften för högintensiv nanoteknik Nanoskala .