Immagine ad alta risoluzione della struttura cristallina di un nanofilo InAs fotografata con un microscopio elettronico. La distanza più piccola tra gli atomi di indio e arsenico vista nell'immagine (illustrata in verde e grigio), è 15 milionesimi di millimetro. Il nanofilo è cresciuto nella direzione della freccia. Durante la crescita la struttura cristallina del nanofilo cambia da esagonale (WZ) a cubica (ZB). Dall'orientamento del cristallo visto nell'immagine, la struttura esagonale è caratterizzata dalla direzione che dagli atomi di indio ad arsenico cambia da strato a strato, mentre la direzione della struttura cubica è sempre la stessa.
Nuove intuizioni sul perché e sul modo in cui i nanofili assumono la forma che assumono avranno profonde implicazioni per lo sviluppo di futuri componenti elettronici. Il dottorando Peter Krogstrup del Nano-Science Center presso l'Istituto Niels Bohr, L'Università di Copenhagen è dietro il nuovo sensazionale modello teorico, che è sviluppato in collaborazione con i ricercatori del CINAM-CNRS di Marsiglia. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica, Lettere di revisione fisica .
Uno dei componenti più importanti nei futuri dispositivi elettronici sarà probabilmente basato su nanocristalli, che sono più piccoli della lunghezza d'onda della luce che i nostri occhi possono rilevare. Nanofili, che sono fili di nanocristalli estremamente sottili, si prevede che abbiano un ruolo predominante in queste tecnologie a causa delle loro proprietà elettriche e ottiche uniche. I ricercatori di tutto il mondo lavorano da anni per migliorare le proprietà di questi nanofili.
Con le sue ricerche, Studente di dottorato Peter Krogstrup presso l'Istituto Niels Bohr, L'Università di Copenhagen ha posto le basi per una maggiore comprensione dei nanofili. Con ciò arriva il potenziale per migliorare le loro prestazioni, che avvicinerà la ricerca all'applicazione nello sviluppo di celle solari e computer. Nell'ultima edizione di Physical Review Letters descrive come, a determinate condizioni, i nanofili formano una struttura cristallina che in realtà non dovrebbe essere possibile, visto da un punto di vista energetico.
"I cristalli cercheranno sempre di assumere la forma in cui la loro energia interna è il meno possibile. È una legge fondamentale della fisica e secondo essa questi nanofili dovrebbero avere una struttura cristallina cubica, ma vediamo quasi sempre che gran parte della struttura è esagonale", spiega Peter Krogstrup, che ha lavorato con la teoria negli ultimi anni.
La forma delle particelle del catalizzatore è la chiave
Per spiegare perché e quando questi cristalli diventano esagonali, Peter Krogstrup ha, come parte della sua tesi di dottorato, esaminato la forma della particella del catalizzatore (una piccola nano-goccia), che controlla la crescita dei nanofili. Sembra che la forma della gocciolina dipenda dalla quantità di atomi del gruppo 3 nel sistema periodico, che costituiscono la metà degli atomi nel cristallo di nanofili. L'altra metà, atomi del gruppo 5 nel sistema periodico, vengono assorbiti dalla goccia e quindi gli atomi si organizzano in un reticolo, e il cristallo nanowire crescerà.
"Abbiamo dimostrato che è la forma della gocciolina, che determina quale tipo di struttura cristallina ottengono i nanofili e con questa conoscenza sarà più facile migliorare le proprietà dei nanofili", spiega Peter Krogstrup e continua:
"La struttura cristallina ha un'enorme influenza sulle proprietà elettriche e ottiche dei nanofili e in genere vorresti che avessero una certa struttura, sia cubico che esagonale. I nanofili migliori che possiamo realizzare, i componenti elettronici migliori che possiamo realizzare a vantaggio di tutti noi", dice Peter Krogstrup, la cui ricerca è condotta in collaborazione con la ditta SunFlake A/S, che si trova presso il Nano-Science Center presso l'Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen. L'azienda sta lavorando allo sviluppo di celle solari del futuro basate su nanofili.
