Gli scienziati di Harvard hanno sviluppato un metodo unico nel suo genere per creare una classe di nanofili che un giorno potrebbe avere applicazioni in aree che vanno dall'elettronica di consumo ai pannelli solari.

La tecnica, sviluppato da Bobby Day e Max Mankin, studenti laureati che lavorano nel laboratorio di Charles Lieber, il Mark Hyman Jr. Professore di Chimica, si avvale di due principi a lungo compresi. Uno è l'instabilità di Plateau-Rayleigh, un aspetto della fluidodinamica che descrive il motivo per cui un sottile flusso d'acqua si scompone in goccioline più piccole. L'altro riguarda la crescita dei cristalli. La tecnica è descritta in un articolo recentemente pubblicato sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"Questa è davvero una scoperta fondamentale, " Day ha detto. "Siamo ancora nelle prime fasi, ma pensiamo che ci sia molto spazio per la scoperta, sia delle proprietà fondamentali di queste strutture che delle applicazioni."

Descritto per la prima volta nel 1870, L'instabilità di Plateau-Rayleigh è normalmente associata a liquidi, ma i ricercatori da anni hanno riconosciuto un fenomeno simile nei nanofili. Quando riscaldato a temperature estreme, i fili si trasformano da solidi in una serie di goccioline periodicamente distanziate.

Per creare il nuovo tipo di filo, Day e Mankin hanno riscaldato i nanofili tradizionalmente coltivati ​​appena al di sotto di quel punto di trasformazione in una camera a vuoto, poi pompato in atomi di silicio, che cristallizzano spontaneamente sul filo.

Piuttosto che formare un guscio uniforme, gli atomi crescono in strutture regolarmente spaziate, simile alle goccioline che appaiono quando i nanofili si rompono ad alte temperature. A differenza delle goccioline, anche se, il processo può essere strettamente controllato.

"Variando la temperatura e la pressione, possiamo esercitare un certo controllo sulla dimensione e sulla spaziatura di queste strutture, " Day ha detto. "Quello che abbiamo scoperto è che se cambiamo le condizioni, possiamo "sintonizzare" il modo in cui vengono costruite queste strutture".

Oltre a duplicare il processo in nanofili tra 20 e 100 nanometri di diametro, i ricercatori hanno dimostrato il processo utilizzando diverse combinazioni di materiali, compreso silicio e germanio. Oltre a poter "sintonizzare" la distanza tra i lobi sui nanofili, Mankin ha affermato che i test hanno dimostrato di essere anche in grado di regolare la sezione trasversale dei fili.

"Possiamo regolare la sezione trasversale per produrre fili più arrotondati o di tipo quadrato, " Ha detto Mankin. "Siamo stati anche in grado di produrre fili con una forma simile a piastrine".

Con quelle nuove strutture, i ricercatori hanno scoperto, sono arrivate nuove proprietà per i fili. Mentre lo studio di Day e Mankin si è concentrato sulla capacità dei fili di assorbire diverse lunghezze d'onda della luce, entrambi hanno affermato che sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare altre proprietà.

"Questo documento è solo un esempio, " disse Day. "Ci sono molte altre proprietà, inclusa la conduttanza termica, conduttanza elettrica, e proprietà magnetiche, che dipendono dal diametro dei fili, e devono ancora essere esplorati."

Anche se potrebbero volerci anni per esplorare completamente queste proprietà aggiuntive, Day e Mankin hanno affermato che le applicazioni per i nuovi cavi potrebbero emergere a breve termine.

"Strutture a questa scala, perché sono di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda, assorbire la luce in modo molto efficiente, " Day ha spiegato. "Si comportano quasi come antenne ottiche, e incanalare la luce in loro. Ricerche precedenti hanno dimostrato che fili di diametro diverso assorbono diverse lunghezze d'onda della luce. Per esempio, i diametri molto piccoli assorbono bene la luce blu, e diametri maggiori assorbono la luce verde. Quello che abbiamo mostrato è che se hai questa modulazione lungo la struttura... possiamo avere il meglio di entrambi i mondi e assorbire entrambe le lunghezze d'onda sulla stessa struttura".

Le insolite capacità di assorbimento della luce dei nuovi cavi non finiscono qui, anche se.

Riducendo lo spazio tra le strutture cristalline, Day e Mankin hanno scoperto che i fili non assorbono solo la luce a lunghezze d'onda specifiche, assorbono anche la luce da altre parti dello spettro.

"In realtà è più di un semplice effetto additivo, " disse Day. "Mentre riduci la spaziatura fino a distanze inferiori a circa 400 nanometri, crea le cosiddette modalità di reticolo, e vediamo questi enormi picchi di assorbimento nell'infrarosso. Ciò significa che potresti assorbire la stessa quantità di luce infrarossa con questi nanofili come potresti fare con i tradizionali materiali in silicio che sono 100 volte più spessi".

"Questa è una scoperta potente perché in precedenza, se volessi usare i nanofili per il fotorilevamento della luce verde e blu, ti servirebbero due fili, " Mankin ha detto. "Ora possiamo ridurre la quantità di spazio che un dispositivo potrebbe occupare avendo più funzioni in un unico cavo. Saremo in grado di costruire dispositivi più piccoli che mantengono comunque un'elevata efficienza, e in alcuni casi trarrà vantaggio da nuove proprietà che emergeranno da questa modulazione che non si ha nei fili di diametro uniforme."

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.