I åratal, forskare har försökt hitta sätt att odla en optimal nanotråd, använder kristaller med perfekt inriktade lager längs tråden.

Ett team av forskare från Nebraska Engineering - Peter Sutter, Eli Sutter och Shawn Wimer - ser en fördel med naturlig ofullkomlighet.

Genom sin forskning, framhölls i ett brev som publicerades i tidningen 22 april Natur , gruppen fann att en defekt - en skruvförskjutning - som uppstår i tillväxtprocessen får kristallskikten att rotera längs en axel när de bildas. Denna defekt skapar vändningar som ger dessa nanotrådar fördelar, särskilt inom elektronik och ljusutsläpp.

"I skiktade nanotrådar, vi har i princip en ny arkitektur som implementerar en kristallvridning mellan tvådimensionella material, "sa Peter Sutter, professor i el- och datateknik. "Vi tar tillvägagångssättet att du (antingen) kan göra sådana twist -moiré -strukturer eller få dem att göra själva, och när vi låter trådarna göra jobbet på egen hand, naturen introducerar denna defekt, en tvist."

Vanligtvis, material med vridna gränssnitt skapas artificiellt av två atomtunna 2-D-kristaller. När dessa kristaller är noggrant placerade ovanpå varandra, en liten rotation bland dem - en mellanlagers twist - orsakar en moiré, eller ett slagmönster som förändras med vridningsvinkeln och är mycket större än avståndet mellan atomerna i materialet. Elektronernas rörelse i detta slagmönster kan orsaka nya fenomen, som supraledning eller systematiska förändringar i färgen på det utsända ljuset.

Sutters team tog ett annat tillvägagångssätt för att förverkliga dessa vändningar genom att odla nanotrådar som består av 2-D-lager. De tog små guldpartiklar, värmde upp dem och översvämmade dem med en ånga av germaniumsulfid. Vid höga temperaturer, guldpartiklarna smälte och legerade med germaniumsulfiden.

"Vid något tillfälle, den blir mättad och kan inte ta mer av den. Sedan har den ett val:ta inte in mer och låt en film växa över den på ytan, eller fortsätt att försöka absorbera mer, "sa Eli Sutter, professor i el- och datateknik. "Det visar sig att dessa partiklar är giriga efter germaniumsulfid."

Guldpartiklarna fortsatte att absorbera ångan men blev för mättade för att hålla allt och började växa skiktade kristaller av germaniumsulfid, en per guldpartikel. När germaniumsulfiden utvisades, kristallerna förlängdes och förvandlades till nanotrådar som är cirka 1, 000 gånger tunnare än ett människohår.

Teamet upptäckte att var och en av dessa trådar hade en skruvförskjutning, som producerade en spiralformad struktur och vridningen mellan deras kristallskikt.

För att utforska egenskaperna hos deras spiralformade nanotrådar, laget använde en fokuserad stråle av elektroner för att stimulera utsläpp av ljus från små delar av deras nanotrådar. När de upphetsade elektronerna slappnar av, de avger ljus med en karakteristisk färg eller frekvens, som forskarna spelade in.

Genom att tillåta en ofullkomlig bunt med tvinnade lager, germaniumsulfid nanotrådarna avger olika ljusfärger på olika punkter längs tråden. Detta gör det möjligt att justera bandgapet och styra energin för absorberat eller utsänt ljus.

"Vi kunde visa att det är nya, tillgängliga ljusemissionsegenskaper som ändras längs tråden eftersom moiréregistret ändras, "Sa Eli Sutter.

Vridna nanotrådar av germaniumsulfid, en halvledare, kan ha applikationer som inkluderar energiupptagning, avstämbara ljuskällor, eller nästa generations datorer.

Forskarna, dock, sa att deras nästa steg är att förstå varför färgen på det utsända ljuset förändras längs tråden och eventuellt uppnå liknande resultat med andra material.

"Vi måste bättre förstå konsekvenserna av den spiralformade twiststrukturen. Vi förväntar oss att vridna nanotrådar fortfarande har många andra överraskningar för oss, "Sa Peter Sutter.

Detta material är baserat på arbete som stöds av National Science Foundation under bidrag nr DMR-1607795. Några åsikter, fynd, och slutsatser eller rekommendationer som uttrycks i detta material är författarens (er) och återspeglar inte nödvändigtvis National Science Foundation:s åsikter.