I nanofili di silicio stanno attirando una notevole attenzione da parte dell'industria elettronica a causa della spinta verso dispositivi elettronici sempre più piccoli, dai cellulari ai computer. Il funzionamento di questi futuri dispositivi, e una vasta gamma di applicazioni aggiuntive, dipenderà dalle proprietà meccaniche di questi nanofili. Una nuova ricerca della North Carolina State University mostra che i nanofili di silicio sono molto più resistenti delle loro controparti più grandi, una scoperta che potrebbe aprire la strada a piccoli, nanoelettronica più robusta, nanosensori, diodi emettitori di luce e altre applicazioni.

Non sorprende che le proprietà meccaniche dei nanofili di silicio siano diverse dai materiali di silicio "bulk" o di dimensioni regolari, perché al diminuire del diametro dei fili, c'è un aumento del rapporto superficie-volume. Sfortunatamente, risultati sperimentali riportati in letteratura sulle proprietà dei nanofili di silicio hanno riportato risultati contrastanti. Quindi i ricercatori dello stato della NC hanno deciso di quantificare le proprietà elastiche e di frattura del materiale.

"L'industria dei semiconduttori tradizionale è costruita sul silicio, "dice il dottor Yong Zhu, assistente professore di ingegneria meccanica presso NC State e ricercatore capo su questo progetto. "Questi fili sono gli elementi costitutivi della futura nanoelettronica". Per questo studio, i ricercatori hanno deciso di determinare quanti abusi possono subire questi nanofili di silicio. Come si deformano, ovvero quanto puoi allungare o deformare il materiale prima che si rompa? E quanta forza possono sopportare prima di fratturarsi o rompersi? I ricercatori si sono concentrati sui nanofili realizzati utilizzando il processo di sintesi vapore-liquido-solido, che è un modo comune di produrre nanofili di silicio.

Zhu e il suo team hanno misurato le proprietà dei nanofili utilizzando test di trazione in situ all'interno della microscopia elettronica a scansione. Un nanomanipolatore è stato utilizzato come attuatore e un micro cantilever utilizzato come sensore di carico. "Il nostro metodo sperimentale è diretto ma semplice, "dice Qingquan Qin, un dottorato di ricerca studente presso NC State e co-autore del documento. "Questo metodo offre l'osservazione in tempo reale della deformazione e della frattura dei nanofili, fornendo contemporaneamente dati quantitativi di stress e deformazione. Il metodo è molto efficiente, così un gran numero di campioni può essere testato entro un ragionevole periodo di tempo."

Come risulta, i nanofili di silicio si deformano in un modo molto diverso dal silicio sfuso. "Il silicio sfuso è molto fragile e ha una deformabilità limitata, il che significa che non può essere allungato o deformato molto senza rompersi." dice Feng Xu, un dottorato di ricerca studente presso lo stato NC e coautore del documento, "Ma i nanofili di silicio sono più resistenti, e può sostenere deformazioni molto più grandi. Altre proprietà dei nanofili di silicio includono l'aumento della resistenza alla frattura e la diminuzione del modulo elastico man mano che il nanofilo diventa sempre più piccolo".

Il fatto che i nanofili di silicio abbiano più deformabilità e resistenza è un grosso problema. "Queste proprietà sono essenziali per la progettazione e l'affidabilità di nuovi nanodispositivi in ​​silicio, " Zhu dice. "Le intuizioni ottenute da questo studio non solo fanno avanzare la comprensione fondamentale degli effetti delle dimensioni sulle proprietà meccaniche delle nanostrutture, ma offre anche ai progettisti più opzioni nella progettazione di nanodispositivi che vanno dai nanosensori alla nanoelettronica alle celle solari nanostrutturate".

Maggiori informazioni: Lo studio, "Proprietà meccaniche dei nanofili di silicio sintetizzati vapore-liquido-solido, " è stato co-autore di Zhu, Xu, Qin, Wei Lu, ricercatore dell'Università del Michigan (UM) e Ph.D. studente Wayne Fung. Lo studio è pubblicato nel numero dell'11 novembre di Nano lettere .

Fonte:North Carolina State University (notizie:web)