Ny forskning visar hur nanotrådar kan formas atomlager för atomlager

Se filmen och intervjun om nanotrådar: https://youtu.be/mBhA7iuvHT8

Inom flera områden tros nanotrådar kunna vara viktiga beståndsdelar, till exempel i morgondagens transistorer, i energieffektiva ljusdioder (LED) och i solceller. 

Att det går att påverka hur nanotrådar växer och bildas har varit känt länge. Vad forskare vid Lunds universitet nu kan visa är vad som behöver göras för att bestämma vilken struktur nanotrådarna ska få. 

Forskarna har gjort en upptäckt som är banbrytande på det sättet att de med hjälp av ett kraftfullt mikroskop och en teoretisk analys kan visa hur nanotrådar växer och hur bildandet av olika atomlager kan påverkas.

- Nu har vi på film vad det är som händer och vad det är som krävs för att styra trådarnas växt, säger Daniel Jacobsson, tidigare doktorand vid Lunds Tekniska Högskola och numera forskningsingenjör vid Kemicentrum.

Forskarna vid Lunds universitet ville förstå hur nanotrådar växer och valde att filma dem i ett elektronmikroskop. Artikeln i Nature handlar om dessa filmer, som visar nanotrådar gjorda av galliumarsenik och består av olika kristallstrukturer. 

- Nanotrådarna växer i ett slags självgående process som är spontan och svår att kontrollera. Men om vi kan förstå hur nanotrådarna växer kan vi kontrollera de strukturer som bildas mer precist, och då kan vi formge nya typer av strukturer för nya användningsområden, säger Daniel Jacobsson. 

På Kemicentrum i Lund byggs just nu ett nytt och världsledande ”supermikroskop” som med hög upplösning kan visa hur atomer fogas samman då nanostrukturerna bildas.

- I artikeln i Nature visar vi hur dynamisk tillväxten av nanotrådar är. När det nya mikroskopet tas i bruk hoppas vi kunna skildra än fler detaljer och vidga bredden när det gäller de material som studeras. Både det nuvarande resultatet, och förhoppningsvis även de framtida, blir viktiga för att än mer precis kunna forma nanotrådar för varierande applikationer, säger professor Kimberly Dick Thelander.

Text: Tiina Meri

Fakta / Studien om nanotrådar

Nanoteknik liknas emellanåt med atomslöjd. Liknelsen stämmer väl in på tillväxten av nanotrådar, där atomlager staplas ovanpå varandra. I studien Interface dynamics and crystal phase switching in GaAs nanowires har forskarna i realtid kunnat följa var varje nytt atomlager placeras i en växande nanotråd, och förklara varför de placerar sig där de gör. Studien visar att det är möjligt att kontrollera positionen av varje nytt atomlager och är gjord i samarbete med forskare på IBM T.J. Watson Research Center, USA, och Cambridge University, UK. 

Fakta / Nanotrådar
En nanotråd är en extremt tunn tråd med en diameter som motsvarar en tusendel av ett mänskligt hårstrå. De finns i många olika material, exempelvis av metaller som silver och nickel, av halvledande material som kisel och galliumarsenik, och av isolerande material som kiseloxid.

Nanotrådar är användbara eftersom de gör det möjligt att bilda komplicerade strukturer med många kemiska sammansättningar och ibland olika formationer av atomer. Nanotrådar är vanligen gjorda av enstaka kristaller, och den specifika formationen av atomer är det som avgör kristallens struktur. 

Varje ny typ av komplicerad struktur – vare sig den är en kombination av olika material eller ett nytt sätt foga samman atomer – innebär nya egenskaper och därigenom olika användningsområden inom till exempel elektronik och belysning.