(Phys.org) —El próximo avance en tecnologías de baterías y células solares altamente eficientes puede muy bien ser cristales nanoscópicos de silicio ensamblados como rascacielos en sustratos a escala de obleas. Una ruta importante para el crecimiento de estos "bigotes" a nanoescala —o nanocables— implica gotas de metales aleados.

Moneesh Upmanyu, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial, ha estado utilizando herramientas computacionales para comprender las interacciones a escala atómica entre estas gotas y el crecimiento de los nanocables.

"La gota puede realizar múltiples tareas en varios niveles, y esa es la belleza de esta técnica de crecimiento, ", dijo Upmanyu." Cataliza y luego absorbe las especies en crecimiento del vapor circundante, se satura, y eventualmente guía la nucleación del nanoalambre en crecimiento, no muy diferente a un chorro que deja un nanoalambre cristalino a su paso ".

La técnica se desarrolló hace décadas para el cultivo de "bigotes" de silicio que usaban una gota de metal licuado para engañar a las partículas de silicio vaporizadas para que solidificaran como bigotes. La ruta sintética ahora se usa ampliamente para cultivar nanocables para una variedad de materiales tecnológicamente importantes.

"La gota finalmente da un control absoluto sobre la forma de crecimiento, sin embargo, nadie sabía exactamente cómo esculpe los nanocables en formas y tamaños específicos, "dijo Hailong Wang, un ex estudiante de posdoctorado dentro del grupo de Upmanyu y el primer autor de un artículo recientemente publicado sobre esta investigación en la revista Comunicaciones de la naturaleza . El estudio se realizó en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Escuela de Minas de Colorado.

"No hubo entendimiento a escala atómica, principalmente suposiciones, "agregó Upmanyu." Desenmascararlos es fundamental, ya que nos permite controlar la forma de crecimiento y, como es el caso a estas pequeñas escalas, la forma dicta invariablemente la función.

Los investigadores descubrieron que la gota no se envuelve uniformemente alrededor del nanoalambre. Bastante, engatusa el extremo creciente del nanoalambre para que se facete en bordes biselados de manera desigual. "Esta colección de bordes truncados tiene el mismo propósito que las espirales de Arquímedes que facilitan el crecimiento de cristales a macroescala, y esa es una parte clave del rompecabezas para el crecimiento a gran escala de estos cristales con la forma prescrita, "Dijo Upmanyu. A medida que la gota recoge las partículas vaporizadas en su estado líquido, comienzan a saturar el sistema y precipitan para formar el alambre sólido. La precipitación es mucho más rápida en los bordes biselados, que en última instancia conducen al crecimiento capa por capa del nanoalambre.

Con este nuevo entendimiento, los investigadores pueden comenzar a desarrollar estructuras cristalinas muy específicas, que van desde paneles solares eficientes hasta iluminación LED, a precios relativamente económicos. Upmanyu ya ha comenzado a colaborar con otros investigadores en Northeastern, de físicos a biólogos, para "esculpir" nanocables con propiedades particulares.

"Una comprensión fundamental del crecimiento de nanocristales sigue siendo un desafío, dado que los procesos clave requieren un esfuerzo interdisciplinario, ", Dijo Upmanyu." Además de las herramientas y algoritmos computacionales de vanguardia, involucra elementos de la química del crecimiento, metalurgia de aleaciones, y ciencia de la superficie ".