(Phys.org) —Cuando un equipo de ingenieros de la Universidad de Illinois se propuso cultivar nanocables de un semiconductor compuesto sobre una hoja de grafeno, no esperaban descubrir un nuevo paradigma de epitaxia.

Los alambres autoensamblados tienen un núcleo de una composición y una capa externa de otra, un rasgo deseado para muchas aplicaciones electrónicas avanzadas. Dirigido por el profesor Xiuling Li, en colaboración con los profesores Eric Pop y Joseph Lyding, todos los profesores de ingeniería eléctrica e informática, el equipo publicó sus hallazgos en la revista Nano letras .

Nanocables, diminutas cadenas de material semiconductor, tienen un gran potencial para aplicaciones en transistores, células solares, láseres sensores y más.

"Los nanocables son realmente los principales componentes básicos de los futuros nanodispositivos, "dijo el investigador postdoctoral Parsian Mohseni, primer autor del estudio. "Los nanocables son componentes que se pueden utilizar, según el material del que los cultives, para cualquier aplicación de electrónica funcional ".

El grupo de Li utiliza un método llamado epitaxia de van der Waals para hacer crecer nanocables de abajo hacia arriba sobre un sustrato plano de materiales semiconductores. como el silicio. Los nanocables están hechos de una clase de materiales llamados III-V (tres-cinco), semiconductores compuestos que son particularmente prometedores para aplicaciones que involucran luz, como células solares o láseres.

El grupo informó anteriormente sobre el cultivo de nanocables III-V en silicio. Si bien el silicio es el material más utilizado en los dispositivos, tiene una serie de deficiencias. Ahora, el grupo ha cultivado nanocables del material arseniuro de galio indio (InGaAs) en una hoja de grafeno, una hoja de carbono de 1 átomo de espesor con propiedades físicas y conductoras excepcionales.

Gracias a su delgadez, el grafeno es flexible, mientras que el silicio es rígido y quebradizo. También conduce como un metal, permitiendo el contacto eléctrico directo con los nanocables. Es más, es barato se desprendió de un bloque de grafito o creció a partir de gases de carbono.

"Una de las razones por las que queremos cultivar con grafeno es mantenernos alejados de sustratos gruesos y costosos, "Mohseni dijo." Alrededor del 80 por ciento del costo de fabricación de una celda solar convencional proviene del sustrato en sí. Hemos eliminado eso simplemente usando grafeno. No solo existen beneficios de costos inherentes, también estamos introduciendo funciones que un sustrato típico no tiene ".

Los investigadores bombean gases que contienen galio, indio y arsénico en una cámara con una hoja de grafeno. Los nanocables se autoensamblan, creciendo por sí mismos en una densa alfombra de alambres verticales a través de la superficie del grafeno. Otros grupos han cultivado nanocables en grafeno con semiconductores compuestos que solo tienen dos elementos, pero usando tres elementos, el grupo de Illinois hizo un hallazgo único:los cables de InGaAs cultivados en grafeno se segregan espontáneamente en un núcleo de arseniuro de indio (InAs) con una capa de InGaAs alrededor del exterior del cable.

"Esto es inesperado, "Dijo Li." Muchos dispositivos requieren una arquitectura core-shell. Normalmente, cultivas el núcleo en una condición de crecimiento y cambias las condiciones para hacer crecer la cáscara en el exterior. Esto es espontáneo hecho en un solo paso. La otra cosa buena es que, dado que se trata de una segregación espontánea, produce una interfaz perfecta ".

Entonces, ¿qué causa esta estructura espontánea de núcleo-capa? Por coincidencia, la distancia entre átomos en un cristal de InAs es casi la misma que la distancia entre números enteros de átomos de carbono en una hoja de grafeno. Entonces, cuando los gases se introducen en la cámara y el material comienza a cristalizar, InAs se instala en el grafeno, un ajuste casi perfecto, mientras que el compuesto de galio se asienta en el exterior de los cables. Esto fue inesperado porque normalmente, con epitaxia de van der Waals, se supone que las respectivas estructuras cristalinas del material y el sustrato no importan.

"No lo esperábamos, pero una vez que lo vimos, Tiene sentido, "Mohseni dijo.

Además, ajustando la relación de galio a indio en el cóctel de semiconductores, los investigadores pueden ajustar las propiedades ópticas y conductoras de los nanocables.

Próximo, El grupo de Li planea fabricar células solares y otros dispositivos optoelectrónicos con sus nanocables cultivados con grafeno. Gracias a la composición ternaria de los cables y a la flexibilidad y conductividad del grafeno, Li espera integrar los cables en un amplio espectro de aplicaciones.

"Básicamente, descubrimos un nuevo fenómeno que confirma que el registro sí cuenta en la epitaxia de van der Waals, "Dijo Li.