Schwedischen Wissenschaftlern gelingt Durchbruch bei der Wachstumssteuerung von Nanodraht
Wissenschaftler in Schweden haben eine neue Möglichkeit entdeckt, das Wachstum und die Struktur von Nanodrähten auf Einzelatomebene zu steuern. Ihre Ergebnisse, die wichtige Einblicke in die Materialphysik darstellen, resultieren aus dem Projekt NODE ("Nanowire-based one-dimensional electronics"), das mit EUR 9,5 Millionen im Rahmen des EU-Förderprogramms "Sixth Framework Programme" (FP6) finanziert wird. Die Studie wurde in der Januarausgabe von Nature Nanotechnology veröffentlicht. Nanodrähte, auch als "Quanten-Drähte" bekannt, bestehen aus einzelnen Streifen aus Atomen, die ausschließlich in Labors hergestellt werden. Unter anderem erweisen sich Halbleiter-Nanodrähte als viel versprechend für die Nanoelektronik, da sie als Verbindung zwischen winzigen Komponenten mit extrem kleinen Kreisläufen in einem "molekularen Computer" eingesetzt werden können. Die meisten der bei der Herstellung von Nanodrähten eingesetzten Halbleitermaterialien entwickeln während des Wachstums Unregelmäßigkeiten oder Fehler. Diese Defekte haben einen negativen Einfluss auf die elektronischen und optischen Eigenschaften des Materials. Im Rahmen dieser aktuellen Forschungsmaßnahme verwendeten die Wissenschaftler Indiumarsenid (InAs) - ein für die Nanoelektronik, den Elektronentransport und die Spintronik wertvolles Material, - um festzustellen, wie die Struktur von Nanodrähten sorgfältiger gesteuert werden kann. "Zwei der Schlüsselparameter, die für die Steuerung der Kristallstruktur entscheidend sind, sind der Nanodrahtdurchmesser und die Temperatur, bei der sie hergestellt werden", erklärt Mitverfasserin Kimberly Dick von der Universität Lund in Schweden. "Es sind aber letztlich insgesamt10 bis 12 verschiedene Parameter, die bei der Herstellung von Nanodrähten gesteuert werden müssen." Die Forscher erzeugten Nanodrähte mit einem typischen Durchmesser von 10 bis 100 Nanometer und einer Länge von einigen Mikrometern. Für den Vorgang "brannten" sie das Material in seiner Gasform unter Verwendung von mikroskopischen Gold-"Samen", am Anfang des Drahtes. Der Durchmesser des Drahts wurde durch Abwandlung der Samengröße gesteuert. Sie stellten erfolgreich unter Beweis, dass es möglich ist, das Wachstum von Nanodrähten zu steuern und dabei die Unregelmäßigkeiten drastisch zu reduzieren. Zusätzlich schufen sie unterschiedliche Kristallstrukturen ein und desselben Materials, indem Sie die Temperatur zwischen 400°C und 480°C variierten. Durch die selektive Abstimmung der InAs-Kristallstruktur konnten sie durchweg sehr starke 'Supergitter' in einzelnen Nanodrähten herstellen. Die Wissenschaftler haben gezeigt, dass es möglich ist, defektfreie Nanodrähte herzustellen und dass entlang eines einzelnen Nanodrahtes zwischen verschiedenen Kristallstrukturen gewechselt werden kann. Die neue Technik, die gemäß den Verfassern auch auf andere Halbleitermaterialien angewendet werden kann, öffnet den Forschern eine Tür in die Neuentwicklung zusätzlicher Funktionen von Nanodrähten. Die Studie ist der experimentelle Beleg für eine Theorie, die bereits breit diskutiert wurde. "Obwohl von vielen Autoren eine vom Durchmesser abhängige Kristallstruktur vorgeschlagen wurde", so die Studie, "ist dies das erste Mal, dass ein solcher Effekt im Experiment demonstriert wurde, und dies mit einem hohen Maß an Steuerung." Bilder eines Elektronenmikroskops zeigen, dass die Anordnung der Atome im Nanodrahtkristall exakt mit der theoretischen Simulation übereinstimmt. Laut Professor Lars Samuelson, ebenfalls von der Universität Lund, "stärken die hier erzielten Resultate unsere Position in diesem Bereich der Wissenschaft und Technik und sie machen unsere Ambitionen noch glaubwürdiger". Die Verfasser hoffen, dass ihre Ergebnisse zur Entwicklung von Anwendungen im Bereich Emissionsreduktion und Solarzellen beitragen können.
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Schweden