Un gruppo di ricerca della Case Western Reserve University ha scoperto che i catalizzatori d'oro a forma di cubo, triangolo, o altre strutture di ordine superiore crescono nanofili circa due volte più velocemente e due volte più a lungo rispetto ai cavi cresciuti con i più tipici catalizzatori di forma sferica.

Questa scoperta potrebbe rivelarsi utile per altri scienziati che stanno coltivando nanofili per costruire sensori abbastanza velocemente da rilevare i cambiamenti nei globuli rossi e bianchi. Questi sensori a loro volta potrebbero aiutare a identificare varie forme di cancro nel corpo. I fili sono così piccoli - piccoli come uno-5, 000esimo della larghezza di un capello umano - potrebbero anche essere usati per costruire la prossima generazione di chip per computer "invisibili".

Xuan Gao, professore assistente di fisica, e R. Mohan Sankaran, professore associato di ingegneria chimica, descrivere il loro lavoro sul giornale, "Particelle di Au a forma controllata per la crescita di nanofili InAs, "pubblicato sulla rivista Nano lettere .

Il loro gruppo di ricerca includeva gli studenti laureati della Case Western Reserve Pin Ann Lin e Dong Liang e la studentessa della Hathaway Brown Upper School Samantha Reeves.

I ricercatori hanno testato la crescita utilizzando sia i catalizzatori di forma preferenziale che quelli sferici in condizioni identiche per escludere errori nei confronti.

Suggeriscono che il modello a lungo accettato di vapore-liquido-solido, o VLS, la crescita è incompleta, e che sono necessari più test per comprendere appieno il processo.

Ecco perché:i ricercatori hanno scoperto che i nanofili cresciuti con il catalizzatore triangolare hanno uno strato di indio metallico molto più spesso di quanto previsto dal modello di crescita dei nanofili VLS.

La scoperta suggerisce una correlazione tra la concentrazione di indio e il miglioramento della crescita. Il team ha fatto la scoperta trasmettendo elettroni ai nanofili per rilasciare raggi X ad alta energia, un processo chiamato spettroscopia a raggi X a dispersione di energia. L'entità di queste esplosioni di energia è stata utilizzata per determinare le proprietà chimiche dei nanofili.

Per coltivare nanofili, i ricercatori hanno combinato elementi come indio e arsenico, dalle righe 4 e 5 della tavola periodica degli elementi. Gli elementi di queste file si legano alla particella d'oro per creare un semiconduttore che non consente un grande flusso di corrente elettrica né impedisce notevolmente il suo flusso. Questo è chiamato il "metodo dal basso verso l'alto" che Gao descrive come "far crescere una pianta da un seme".

I nanofili possono essere realizzati anche "top-down" con tagli precisi su un grosso pezzo di materiale semiconduttore, riducendolo a una minuscola struttura di fili.

Lo svantaggio di questo, Sankaran spiega, è che tagliare fili più piccoli di circa 45 nm, che è lo standard attuale nei chip per computer, "è impossibile se stiamo usando una macchina. Ma se dovessimo far crescere i fili da composti chimici, potremmo renderli piccoli fino a 10 nm, il che significa che potremmo inserire più cavi in ​​uno spazio più piccolo per una maggiore velocità."

Tuttavia, il metodo dal basso verso l'alto produce solo fili in mazzi in contrasto con le grandi strutture intrecciate realizzate con il metodo di taglio dall'alto verso il basso. La sfida consiste nel combinare fili prodotti chimicamente in modo che funzionino in componenti elettronici complessi come chip per computer o sensori altamente sensibili.

Sia Gao che Sankaran descrivono i loro sforzi di ricerca come veramente collaborativi. Sankaran crea catalizzatori di forme diverse per far crescere i nanofili, e Gao testa le proprietà di questi fili e li collega a possibili usi sul campo.

Questo duo prevede di continuare a esplorare la correlazione tra la forma del catalizzatore e altre caratteristiche strutturali dei fili al fine di sviluppare ulteriormente il modello VLS, e avvicinarsi all'implementazione dei nanofili nella nuova tecnologia.