Ci sono grandi novità nel mondo delle piccole cose. Una nuova ricerca condotta dai professori di fisica dell'Università di Cincinnati Howard Jackson e Leigh Smith potrebbe contribuire a modi migliori di sfruttare l'energia solare, sensori di qualità dell'aria più efficaci o misure di sicurezza ancora più forti contro le armi biologiche come l'antrace. E tutto inizia con qualcosa che è 1, 000 volte più sottile del tipico capello umano:un nanofilo a semiconduttore.

Jackson di UC, Fabbro, la dottoranda Melodie Fickenscher e la dottoranda in fisica Teng Shi, così come diversi colleghi provenienti da tutti gli Stati Uniti e da tutto il mondo hanno recentemente pubblicato il documento di ricerca "Optical, Indagini strutturali e numeriche di GaAs/AlGaAs Core-Multishell Nanowire Quantum Well Tubes" in Nano lettere , una rivista di primo piano sulla nanoscienza e la nanotecnologia pubblicata dall'American Chemical Society. Nella carta, il team riferisce di aver scoperto una nuova struttura in un nanofilo semiconduttore con proprietà uniche.

"Questo tipo di struttura nel sistema arseniuro di gallio/arseniuro di gallio alluminio non era mai stato raggiunto prima, " dice Jackson. "È nuovo in termini di dove si trovano gli elettroni e le lacune, e spazialmente è una nuova struttura."

Occhio alle dimensioni e agli elettroni in curva

Queste piccole strutture potrebbero avere un grande effetto su una varietà di tecnologie. I semiconduttori sono al centro dell'elettronica moderna. computer, Televisori e cellulari li hanno. Sono fatti dalla forma cristallina di elementi che hanno proprietà di conduttività elettrica scientificamente benefiche. Molti semiconduttori sono fatti di silicio, ma in questo caso sono fatti di arseniuro di gallio. E mentre l'uso diffuso di questi sottili nanofili nei nuovi dispositivi potrebbe essere ancora dietro l'angolo, la chiave per rendere questo risultato una realtà nei prossimi anni è ciò che è nell'angolo.

Usando un guscio sottile chiamato tubo del pozzo quantico e facendolo crescere - a circa 4 nanometri di spessore - attorno al nucleo del nanofilo, i ricercatori hanno scoperto che gli elettroni all'interno del nanofilo erano distribuiti in un modo insolito rispetto alle sfaccettature del tubo esagonale. Uno sguardo ravvicinato agli angoli delle sfaccettature del tubo ha rivelato qualcosa di inaspettato:un'alta concentrazione di elettroni e lacune allo stato fondamentale.

"Avere le sfaccettature è davvero importante. Cambia il gioco, " dice Jackson. "Regolare la larghezza del tubo del pozzo quantistico consente di controllare l'energia - cosa che ci si aspetterebbe - ma in aggiunta abbiamo scoperto che c'è uno stato fondamentale altamente localizzato agli angoli che poi può dare origine a veri nanofili quantistici. "

I nanofili che il team utilizza per la sua ricerca sono coltivati ​​presso l'Australian National University di Canberra, Australia – un partner in questo progetto che si estende a parti disparate del globo.

Influenzare la scienza dei piccoli in grande stile

La scoperta del team apre una nuova porta per ulteriori studi sulla fisica fondamentale dei nanofili semiconduttori. Per quanto riguarda i progressi tecnologici come le celle fotovoltaiche, Jackson dice che è troppo presto per dirlo perché i nanofili quantistici sono stati esplorati solo ora. Ma in un mondo in cui centinaia di dollari di tecnologia sono racchiusi in un iPhone 5x2,5 pollici, non è difficile vedere quanto la scienza piccola ma potente abbia un premio.

Il team di UC è uno dei circa una mezza dozzina negli Stati Uniti che conduce ricerche competitive nel campo. È una disciplina relativamente giovane, pure, Jackson dice, e uno che si muove velocemente. Per una scienza così innovativa, dice che è importante avere uno sforzo collaborativo. Il team comprende scienziati provenienti da centri di ricerca nel Midwest, la costa occidentale e tutto il Down Under:UC, Miami University of Ohio e Sandia National Laboratories in California qui negli Stati Uniti; e la Monash University e l'Australian National University in Australia.

Gli sforzi del team sono un altro esempio di come UC non solo si distingue come leader nella scienza di prim'ordine, ma anche nel plasmare il futuro della disciplina fornendo ai suoi studenti opportunità educative e di ricerca di alta qualità.

"Stiamo formando gli studenti in tecniche all'avanguardia su materiali all'avanguardia facendo fisica all'avanguardia, " dice Jackson. "Dopo aver completato la loro istruzione qui, sono posizionati per uscire e dare il proprio contributo."