Poiché i nanofili semiconduttori emergono come elementi costitutivi indispensabili per l'elettronica di prossima generazione, conversione di energia, e dispositivi fotonici (cioè pannelli solari, laser), comprendere meglio come dirigere la crescita dei nanofili è vitale, secondo i ricercatori della Georgia Tech.
Molti ordini di grandezza più piccoli dei cavi domestici, i nanofili possono essere realizzati da una varietà di materiali semiconduttori tra cui germanio e silicio.
Per anni, la sintesi dei nanofili è stata alquanto misteriosa, richiedendo agli scienziati di sperimentare con le impostazioni del reattore, temperatura e pressione modulanti, per vedere cosa funzionerebbe meglio:un lento, arduo processo di tentativi ed errori. "È stato come cucinare qualcosa nel forno senza mai poter guardare dentro finché non è stato fatto ore dopo, " spiega Michael Filler, professore associato presso la School of Chemical &Biomolecular Engineering della Georgia Tech.
Però, un team che lavora nel Filler Laboratory ha acquisito una visione senza precedenti del processo di crescita dei nanofili attraverso l'uso della spettroscopia a infrarossi in tempo reale. Hanno scoperto che le specie di superficie, in particolare atomi di idrogeno e gruppi metilici, decorano la superficie del nanofilo e sono essenziali per la crescita stabile dei nanofili a base di germanio.
Secondo i risultati dello studio, senza la presenza di idrogeno e metil che adsorbono (o aderiscono) alle pareti laterali del nanofilo, la goccia di liquido che si trova in cima al nanofilo potrebbe scivolare, facendo cessare la crescita. "Queste specie di superficie, molecole di idrogeno e metile, agire come uno strato di Rain-X, mantenendo la goccia in posizione, "Spiega Filler.
"Il nostro lavoro mostra che senza questi adsorbiti superficiali, la crescita non avviene. Nessuno lo sapeva prima, "dice Filler, il cui team di ricerca ha pubblicato i suoi risultati in un recente numero del Giornale della Società Chimica Americana . "Da quando gli scienziati hanno utilizzato questo metodo di crescita - più di cinque decenni - non sapevamo che fosse presente qualcosa sulla superficie del filo".
Ora che la comunità scientifica è a conoscenza di questo aspetto chiave della sintesi dei nanofili, i ricercatori saranno in grado di progettare meglio processi e precursori per coreografare la crescita dei nanofili, Filler dice. Man mano che vengono superati gli ostacoli alla produzione di nanofili, possono essere fabbricati su una vendita maggiore e incorporati in prodotti commerciali.
"Le conoscenze chimiche fondamentali fornite nel nostro studio promettono di far progredire la progettazione sintetica razionale della struttura e della funzione dei nanofili, "Dice Filler.
Intitolato "Osservazione diretta di specie superficiali transitorie durante la crescita del nanofilo di Ge e la loro influenza sulla stabilità della crescita, " lo studio è stato condotto da Saujan V. Siveram (PhD 2015) che ha collaborato con Filler, Naechul Shin (dottorato di ricerca 2013), e Li Wei Chou, un ex ricercatore post-dottorato presso la Georgia Tech.
Filler afferma che i loro esperimenti forniscono informazioni su, e proporre possibili soluzioni per, sfide di lunga data nella selezione dei materiali che catalizzano il processo di crescita dei nanofili; la consegna di impurità (ad esempio fosforo, boro) che influenzano la conduzione elettrica; e la formazione di eterostrutture su o all'interno di nanofili, consentendo combinazioni di materiali migliori e possibilmente nuove.
