Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare modi per far crescere un nanofilo ottimale, utilizzando cristalli con strati perfettamente allineati lungo tutto il filo.

Un team di ricercatori del Nebraska Engineering—Peter Sutter, Eli Sutter e Shawn Wimer:vedono un vantaggio nell'imperfezione naturale.

Attraverso la loro ricerca, evidenziato in una lettera pubblicata nell'edizione del 22 aprile della rivista Natura , il gruppo ha scoperto che un difetto, una dislocazione della vite, che si verifica nel processo di crescita fa sì che gli strati di cristalli ruotino lungo un asse mentre si formano. Questo difetto crea torsioni che danno a questi nanofili vantaggi, in particolare nell'elettronica e nell'emissione di luce.

"Nei nanofili stratificati, abbiamo fondamentalmente una nuova architettura che implementa un twist di cristallo tra materiali bidimensionali, " ha detto Peter Sutter, professore di ingegneria elettrica e informatica. "Adottiamo l'approccio che è possibile (o) creare tali strutture moiré attorcigliate o farle creare da sole, e quando lasciamo che i cavi facciano il lavoro da soli, la natura introduce questo difetto, una svolta".

Tipicamente, i materiali con interfacce ritorte sono creati artificialmente da due cristalli 2-D atomicamente sottili. Quando questi cristalli vengono accuratamente posizionati uno sopra l'altro, una piccola rotazione tra di loro - una torsione intercalare - provoca un moiré, o un modello di battito che cambia con l'angolo di torsione ed è molto più grande della spaziatura degli atomi nel materiale. Il movimento degli elettroni in questo modello di battito può causare nuovi fenomeni, come la superconduttività o cambiamenti sistematici nel colore della luce emessa.

Il team di Sutters ha adottato un approccio diverso per realizzare queste torsioni coltivando nanofili costituiti da strati 2-D. Presero piccole particelle d'oro, li riscaldò e li inondò con un vapore di solfuro di germanio. Ad alte temperature, le particelle d'oro fuse e legate con il solfuro di germanio.

"Ad un certo punto, si satura e non ne può più assorbire. Poi ha una scelta:non assorbire più e lascia che vi cresca una pellicola sulla superficie, o continuare a cercare di assorbire di più, " ha detto Eli Sutter, professore di ingegneria elettrica e informatica. "Si scopre che queste particelle sono avide di solfuro di germanio".

Le particelle d'oro hanno continuato ad assorbire il vapore ma sono diventate troppo sature per trattenere tutto e hanno iniziato a crescere cristalli stratificati di solfuro di germanio, uno per particella d'oro. Quando il solfuro di germanio è stato espulso, i cristalli si sono allungati e si sono trasformati in nanofili che sono circa 1, 000 volte più sottile di un capello umano.

Il team ha scoperto che ciascuno di questi fili aveva una dislocazione a vite, che ha prodotto una struttura elicoidale e la torsione tra i loro strati di cristallo.

Per esplorare le proprietà dei loro nanofili intrecciati elicoidali, il team ha utilizzato un raggio focalizzato di elettroni per stimolare l'emissione di luce da porzioni minuscole dei loro nanofili. Quando gli elettroni eccitati si rilassano, emettono luce di un colore o una frequenza caratteristici, che i ricercatori hanno registrato.

Consentendo una pila imperfetta di strati intrecciati, i nanofili di solfuro di germanio emettono diversi colori di luce in diversi punti lungo il filo. Ciò consente di regolare il band gap e controllare l'energia della luce assorbita o emessa.

"Siamo stati in grado di mostrare che ci sono nuovi, proprietà di emissione luminosa accessibili che cambiano lungo il filo perché il registro moiré cambia, "Ha detto Eli Sutter.

Nanofili intrecciati di solfuro di germanio, un semiconduttore, potrebbe avere applicazioni che includono la raccolta di energia, sorgenti luminose sintonizzabili, o informatica di nuova generazione.

I ricercatori, però, ha detto che il loro prossimo passo è capire perché il colore della luce emessa cambia lungo il filo e possibilmente ottenere risultati simili con altri materiali.

"Dobbiamo capire meglio le conseguenze della struttura a torsione elicoidale. Ci aspettiamo che i nanofili intrecciati abbiano ancora molte altre sorprese in serbo per noi, " ha detto Peter Sutter.

Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dalla National Science Foundation con il Grant No. DMR-1607795. Qualsiasi opinione, risultati, e le conclusioni o le raccomandazioni espresse in questo materiale sono quelle degli autori e non riflettono necessariamente le opinioni della National Science Foundation.