Ett team av forskare från University of California, Berkeley, har gjort stora framsteg när det gäller att förstå hur nanotrådar bildas. Teamet, ledd av professor Peidong Yang, använde en kombination av experimentella och teoretiska tekniker för att studera tillväxten av nanotrådar av kisel. Deras resultat, publicerade i tidskriften Nature, ger nya insikter om de grundläggande mekanismerna som styr nanotrådsbildning.

Nanotrådar är små, endimensionella strukturer som har ett brett utbud av potentiella tillämpningar inom elektronik, optik och andra områden. Men deras tillväxt och kontroll har begränsats av vår förståelse av den underliggande fysiken.

Berkeley-teamets genombrott kom när de insåg att tillväxten av kiselnanotrådar styrs av en konkurrens mellan två motsatta krafter:ytenergi och elastisk energi. Ytenergi är den energi som är associerad med nanotrådens yta, medan elastisk energi är den energi som är associerad med deformationen av nanotrådens kristallstruktur.

När ytenergin är hög tenderar nanotråden att växa i en slät, cylindrisk form. Men när den elastiska energin är hög, tenderar nanotråden att växa i en fasetterad form, med plana sidor och vassa kanter.

Forskarna fann att balansen mellan ytenergi och elastisk energi kan styras av tillväxtförhållandena. Genom att variera temperatur, tryck och sammansättning av tillväxtmiljön kunde de odla nanotrådar av kisel med en mängd olika former och storlekar.

Teamets resultat ger ett nytt ramverk för att förstå tillväxten av nanotrådar. Detta ramverk kommer att göra det möjligt för forskare att designa och odla nanotrådar med önskade egenskaper för specifika tillämpningar.

Möjligheten att kontrollera tillväxten av nanotrådar är ett stort steg framåt i utvecklingen av nanoteknik. Nanotrådar förväntas spela en nyckelroll i framtida teknologier, såsom avancerad elektronik, solceller och medicinsk utrustning.

Referens

Peidong Yang et al. "Konkurrens mellan ytenergi och elastisk energi vid tillväxt av kiselnanowire." Nature 456, 218 (2008).