Los científicos de Harvard han desarrollado un método único en su tipo para crear una clase de nanocables que algún día podría tener aplicaciones en áreas que van desde la electrónica de consumo hasta los paneles solares.

La técnica, desarrollado por Bobby Day y Max Mankin, estudiantes graduados que trabajan en el laboratorio de Charles Lieber, el profesor de química Mark Hyman Jr., se aprovecha de dos principios entendidos desde hace mucho tiempo. Uno es la inestabilidad de Plateau-Rayleigh, un aspecto de la dinámica de fluidos que describe por qué una fina corriente de agua se rompe en gotitas más pequeñas. El otro implica el crecimiento de cristales. La técnica se describe en un artículo publicado recientemente en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

"Este es realmente un descubrimiento fundamental, "Dijo Day." Todavía estamos en las primeras etapas, pero creemos que hay mucho espacio para el descubrimiento, tanto de las propiedades fundamentales de estas estructuras como de sus aplicaciones ".

Descrito por primera vez en 1870, La inestabilidad de Plateau-Rayleigh se asocia normalmente con líquidos, pero los investigadores durante años han reconocido un fenómeno similar en los nanocables. Cuando se calienta a temperaturas extremas, los alambres se transforman de sólidos a una serie de gotitas espaciadas periódicamente.

Para crear el nuevo tipo de cable, Day y Mankin calentaron nanocables cultivados de forma tradicional justo por debajo de ese punto de transformación en una cámara de vacío, luego bombeado en átomos de silicio, que cristalizan espontáneamente en el alambre.

En lugar de formar un caparazón uniforme, los átomos crecen en estructuras regularmente espaciadas, similar a las gotas que aparecen cuando los nanocables se rompen a altas temperaturas. A diferencia de las gotas, aunque, el proceso se puede controlar estrictamente.

"Al variar la temperatura y la presión, podemos ejercer cierto control sobre el tamaño y el espaciamiento de estas estructuras, "Dijo Day." Lo que encontramos fue si cambiamos las condiciones, podemos 'ajustar' cómo se construyen estas estructuras ".

Además de duplicar el proceso en nanocables de entre 20 y 100 nanómetros de diámetro, Los investigadores demostraron el proceso utilizando varias combinaciones de materiales, incluyendo silicio y germanio. Además de poder "ajustar" la distancia entre los lóbulos de los nanocables, Mankin dijo que las pruebas mostraron que también pudieron ajustar la sección transversal de los cables.

"Podemos ajustar la sección transversal para producir alambres de tipo más redondeado o cuadrado, Mankin dijo. "También pudimos producir alambres con forma de plaquetas".

Con esas nuevas estructuras, los investigadores encontraron, vinieron nuevas propiedades para los cables. Si bien el estudio de Day y Mankin se centró en la capacidad de los cables para absorber diferentes longitudes de onda de luz, ambos dijeron que se necesita investigación adicional para explorar otras propiedades.

"Este documento es solo un ejemplo, "Dijo Day." Hay muchas otras propiedades, incluida la conductancia térmica, conductancia eléctrica, y propiedades magnéticas, que dependen del diámetro de los cables, y aún necesitan ser explorados ".

Aunque puede llevar años explorar por completo esas propiedades adicionales, Day y Mankin dijeron que las aplicaciones para los nuevos cables podrían surgir a corto plazo.

"Estructuras a esta escala, porque tienen un tamaño inferior a la longitud de onda, absorben la luz de manera muy eficiente, "Day explicó." Actúan casi como antenas ópticas, y canalizar la luz hacia ellos. Investigaciones anteriores han demostrado que los cables de diferentes diámetros absorben diferentes longitudes de onda de luz. Por ejemplo, los diámetros muy pequeños absorben bien la luz azul, y los diámetros más grandes absorben la luz verde. Lo que mostramos es si tiene esta modulación a lo largo de la estructura ... podemos tener lo mejor de ambos mundos y absorber ambas longitudes de onda en la misma estructura ".

Las inusuales capacidades de absorción de luz de los nuevos cables no terminan ahí, aunque.

Al reducir el espacio entre las estructuras cristalinas, Day y Mankin descubrieron que los cables no solo absorben luz en longitudes de onda específicas, también absorben luz de otras partes del espectro.

"En realidad, es más que un simple efecto aditivo, "Dijo Day." A medida que reduce el espaciado a distancias menores a unos 400 nanómetros, crea lo que se llama modos de rejilla, y vemos estos enormes picos de absorción en el infrarrojo. Lo que eso significa es que podría absorber la misma cantidad de luz infrarroja con estos nanocables que con los materiales de silicio tradicionales que son 100 veces más gruesos ".

"Este es un descubrimiento poderoso porque anteriormente, si desea utilizar nanocables para la fotodetección de luz verde y azul, necesitarías dos cables, "Dijo Mankin." Ahora podemos reducir la cantidad de espacio que podría ocupar un dispositivo al tener múltiples funciones en un solo cable. Podremos construir dispositivos más pequeños que aún mantengan una alta eficiencia, y en algunos casos aprovechará las ventajas de las nuevas propiedades que surgirán de esta modulación que no se tienen en los alambres de diámetro uniforme ".

Esta historia se publica por cortesía de Harvard Gazette, Periódico oficial de la Universidad de Harvard. Para noticias universitarias adicionales, visite Harvard.edu.