En guldfjäril i nanoskala ger en mer exakt väg för att odla/syntetisera nanostora halvledare som kan användas i nanolasrar och andra applikationer.

Forskare från Hokkaido University har tagit fram ett unikt tillvägagångssätt för att tillverka halvledare i nanostorlek på en metallyta. Detaljerna om metoden rapporterades i tidskriften Nanobokstäver och skulle kunna forska vidare om tillverkningen av ljus- och energisändare i nanostorlek.

Tillvägagångssättet, utvecklad av Hokkaido Universitys forskningsinstitut för elektronisk vetenskap och Hokkai-Gakuen University, innebär att generera lokal värme på en guldnanopartikel inom en fjärilsformad nanostruktur. Värmen orsakar hydrotermisk syntes där halvledande zinkoxid kristalliseras på guldnanopartikeln.

Forskare har undersökt sätt att noggrant placera halvledare i nanostorlek på metallpartiklar för att använda dem i nanolasering och nanolitografi, till exempel. Men nuvarande metoder saknar precision eller är för kostsamma.

Tillvägagångssättet som utvecklats av det japanska teamet övervinner dessa problem.

Teamet genomförde först simuleringar för att bestämma de optimala förhållandena för att exakt kontrollera genereringen av värme i nanostrukturer. De använde ett fenomen som kallas ytplasmonresonans, en process som delvis omvandlar ljus till värme i metalliska material.

Enligt simuleringarna, en fjärilsformad nanostruktur bestående av två rombguldpartiklar placerade på vardera sidan av en guldnanorod skulle leda till optimala förhållanden. I detta system, nanorod, eller fjärilens kropp, fungerar som en nanovärmare som använder ett specifikt polariserat ljus. Efter att ha roterat ljuspolarisationen 90 grader, rombpartiklarna, eller fjärilens vingar, ska fungera som en antenn för att samla ljus vid subvåglängdsfläckar i fjärilens halvledarskinn.

För att testa denna teori, de tillverkade guldfjärilen och placerade den i vatten inuti en glaskammare. En lösning gjord av lika delar zinknitrathexahydrat och hexametylentetramin sattes till kammaren, som sedan förseglades och placerades på ett mikroskopiskt bord. När laserljuset lyste på systemet inuti kammaren, nanorod värmdes upp och halvledande zinkoxidpartiklar kristalliserade längs dess yta som de förväntade sig.

Detta visade att den fjärilsformade guldnanoantennen exakt kan kontrollera var plasmonassisterad hydrotermisk syntes sker, möjliggör därför lokal bildning av nanostora halvledare.

"Ytterligare forskning förväntas leda till utvecklingen av kraftfulla ljuskällor i nanostorlek, högeffektiva fotoelektriska omvandlingsanordningar, och fotokatalysatorer, " säger Hokkaido Universitys Keiji Sasaki från forskargruppen. "Det kan också leda till tillämpningar inom halvledarelektronik och optisk kvantinformationsbehandling."