I nanofili semiconduttori di nitruro di gallio mostrano grandi promesse nella prossima generazione di sistemi nano e optoelettronici. Recentemente, i ricercatori della McCormick School of Engineering hanno scoperto nuove proprietà piezoelettriche dei nanofili che potrebbero renderli più utili nei nanodispositivi autoalimentati.

Solo 100 nanometri di diametro, i nanofili sono spesso considerati unidimensionali. Ma i ricercatori della Northwestern University hanno recentemente riferito che i singoli nanofili di nitruro di gallio mostrano una forte piezoelettricità - un tipo di generazione di carica causata da stress meccanico - in tre dimensioni.

Le scoperte, guidato da Horacio Espinosa, James N. e Nancy J. Farley Professore di produzione e imprenditorialità presso la McCormick School of Engineering and Applied Science, sono stati pubblicati online il 22 dicembre in Nano lettere .

Il nitruro di gallio (GaN) è tra i materiali semiconduttori tecnologicamente più rilevanti ed è oggi onnipresente negli elementi optoelettronici come i laser blu (da cui il disco a raggi blu) e i diodi emettitori di luce (LED). Più recentemente, è stato dimostrato che i nanogeneratori basati su nanofili di GaN sono in grado di convertire l'energia meccanica (come il movimento biomeccanico) in energia elettrica.

"Sebbene i nanofili siano nanostrutture unidimensionali, alcune proprietà, come la piezoelettricità, la forma lineare dell'accoppiamento elettromeccanico - sono di natura tridimensionale, " Ha detto Espinosa. "Abbiamo pensato che questi nanofili dovrebbero mostrare piezoelettricità in 3D, e finalizzato all'ottenimento di tutte le costanti piezoelettriche per i singoli nanofili, simile al materiale sfuso."

I risultati hanno rivelato che i singoli nanofili di GaN di appena 60 nanometri mostrano un comportamento piezoelettrico in 3D fino a sei volte rispetto alla loro controparte di massa. Poiché la carica generata scala linearmente con le costanti piezoelettriche, questa scoperta implica che i nanofili sono fino a sei volte più efficienti nella conversione di energia meccanica in energia elettrica.

Per ottenere le misure, i ricercatori hanno applicato un campo elettrico in diverse direzioni in un singolo nanofilo e hanno misurato piccoli spostamenti, spesso nella gamma dei picometri (10-12 m). Il gruppo ha ideato un metodo basato sulla microscopia a scansione di sonda sfruttando la capacità di misurazione dello spostamento ad alta precisione di un microscopio a forza atomica.

"Le misurazioni sono state molto impegnative, poiché avevamo bisogno di misurare accuratamente spostamenti 100 volte più piccoli della dimensione dell'atomo di idrogeno, " disse Majid Minary, un borsista post-dottorato e l'autore principale dello studio.

Questi risultati sono entusiasmanti soprattutto considerando la recente dimostrazione di nanogeneratori basati su nanofili di GaN, per l'alimentazione di nanodispositivi autoalimentati.